光纤智能监控传感器系统设计
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析

MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析MEMS光纤压力传感器是一种基于光纤传感技术和MEMS技术相结合的新型传感器。
它通过对光纤的应变进行监测和测量,实现压力信号的获取和传输。
光纤压力传感器具有体积小、重量轻、精度高、响应速度快等优点,在工业、医疗、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
本文对MEMS光纤压力传感器的检测电路系统进行了设计和分析。
一、MEMS光纤压力传感器的工作原理MEMS光纤压力传感器由光纤传感元件和光电检测电路组成。
光纤传感元件一端固定,另一端则与受力物体相连。
当受力物体受到外界压力作用时,光纤被应变,导致传感元件长度发生微小变化,从而改变光纤传输的光功率。
光电检测电路通过检测光功率的变化来获得压力信号。
二、MEMS光纤压力传感器的检测电路系统设计要点1. 光纤传感元件的选用:光纤传感元件的选择应考虑其灵敏度、稳定性、线性度等因素。
一般而言,采用光纤光栅或光纤光学腔等结构较为常见。
2. 光电检测电路的设计:光电检测电路的设计需要考虑光电二极管的工作点选择、放大电路的设计等因素。
由于传感器的输出光功率较小,因此需要采用高灵敏度的光电二极管,并通过放大电路将微小的光功率变化放大到适合A/D转换的电压范围。
3. 温度补偿电路的设计:光纤传感元件的灵敏度和稳定性受到温度的影响较大,因此需要设计温度补偿电路来抵消温度引起的误差。
一种常见的方法是采用温度传感器测量环境温度,并通过微处理器进行温度补偿。
三、MEMS光纤压力传感器的检测电路系统设计分析1. 光纤传感元件的设计分析:光纤传感元件的设计需要考虑其应变灵敏度和机械结构的可靠性。
光纤光栅可以通过周期性的折射率调制来实现对光纤传输的调控,具有灵敏度高、线性度好的优点,适用于高精度的压力测量。
光纤光学腔则通过改变光纤的长度来改变光纤的传输特性,具有响应速度快的优点,适用于需要快速响应的场合。
MEMS光纤压力传感器的检测电路系统设计需要综合考虑光纤传感元件的选用、光电检测电路的设计和温度补偿电路的设计等因素。
光纤传感器系统的设计与应用实践

光纤传感器系统的设计与应用实践光纤传感器系统是一种基于光纤技术的传感器系统,通过光纤作为传输介质,利用光的性质来实现对物理量的测量和检测。
光纤传感器系统具有高灵敏度、远程传输、抗干扰等优点,在工业、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用。
本文将重点介绍光纤传感器系统的设计原理和应用实践。
光纤传感器系统的设计基本原理是利用光纤的传输和散射特性来感知环境中的物理量变化。
光纤传感器系统通常由光源、光纤、光纤传输模块和检测模块组成。
光源产生光信号,光纤作为传输介质将光信号传输到检测模块进行处理和分析。
根据测量的物理量不同,光纤传感器系统可以分为光纤温度传感器、光纤应力传感器、光纤压力传感器等多个类型。
在光纤传感器系统的设计中,关键是光纤的选择和光纤的布局。
光纤的选择要根据不同应用场景的需求来确定。
一般情况下,我们可以选择具有低损耗和高灵敏度的光纤。
光纤的布局则需要根据实际测量要求和环境条件进行合理设计。
例如,对于温度传感器,我们可以将光纤固定在待测物体上,通过测量光纤长度的变化来推算温度的变化。
光纤传感器系统的应用实践非常广泛。
在工业领域,光纤传感器系统常用于温度、应力、压力等物理量的测量与监控。
例如,在汽车制造过程中,可以使用光纤传感器来监测发动机的温度和应力情况,以确保发动机的正常运行。
在医疗领域,光纤传感器系统可以用于体温、心率等生命体征的监测。
通过将光纤传感器嵌入到医疗设备中,可以实现对患者的实时监测,提高诊断和治疗的效果。
此外,光纤传感器系统还可用于环境监测和安全防护等领域。
例如,在地质勘探中,可以使用光纤传感器来监测地壳的位移和变形情况,预测地震的发生。
在建筑物安全方面,光纤传感器系统可以用于监测建筑结构的变形和破损情况,提前发现并修复潜在的风险。
光纤传感器系统的设计与应用实践还面临一些挑战和改进的空间。
首先,我们需要进一步提高光纤传感器系统的灵敏度和分辨率,以满足更高精度的测量需求。
其次,光纤传感器系统的成本较高,需要寻找更经济实用的生产方法和材料。
光缆自动化监测系统

光缆自动化监测系统标题:光缆自动化监测系统引言概述:光缆自动化监测系统是一种用于监测光缆状态和性能的智能化系统,通过实时监测和分析光缆的工作状态,提高了光缆网络的可靠性和安全性。
本文将详细介绍光缆自动化监测系统的原理、功能、优势、应用和未来发展趋势。
一、原理1.1 光缆自动化监测系统通过光纤传感器实时监测光缆的温度、应变和震动等参数。
1.2 通过光缆自动化监测系统的数据采集和处理,可以实现对光缆网络的实时监控和分析。
1.3 光缆自动化监测系统可以通过云平台实现远程监控和管理,提高了光缆网络的运行效率和可靠性。
二、功能2.1 实时监测光缆的温度、应变和震动等参数,及时发现光缆故障和异常。
2.2 分析光缆数据,预测光缆的工作状态和寿命,提前进行维护和保养。
2.3 提供实时报警和告警功能,及时响应光缆故障和问题,减少网络中断和损失。
三、优势3.1 提高了光缆网络的可靠性和安全性,减少了光缆故障和事故的发生。
3.2 降低了光缆网络的维护成本和人力资源投入,提高了网络的运行效率和管理水平。
3.3 光缆自动化监测系统可以实现对大范围光缆网络的集中管理和控制,提升了网络的整体性能和稳定性。
四、应用4.1 光缆自动化监测系统广泛应用于电信、互联网、能源、交通等行业的光缆网络监测和管理。
4.2 在城市智能化建设中,光缆自动化监测系统可以实现对城市光缆网络的实时监控和管理,提高了城市的信息化水平和服务质量。
4.3 在工业生产中,光缆自动化监测系统可以实现对工厂光缆网络的远程监控和管理,提高了生产效率和安全性。
五、未来发展趋势5.1 光缆自动化监测系统将更加智能化和自动化,实现对光缆网络的自动诊断和修复。
5.2 光缆自动化监测系统将与人工智能、大数据等技术结合,实现对光缆网络的智能化管理和优化。
5.3 光缆自动化监测系统将不断完善和发展,为光缆网络的安全性和可靠性提供更加全面的保障。
结语:光缆自动化监测系统是光缆网络管理的重要工具,通过实时监测和分析光缆的状态和性能,提高了网络的可靠性和安全性。
基于光纤传感技术的智能桥梁健康监测系统

基于光纤传感技术的智能桥梁健康监测系统近年来,桥梁建设已成为城市建设的重要组成部分,在我国尤为突出。
而随着桥梁年限的不断增长,桥梁养护问题也愈发凸显,尤其是健康状态的监测和预警。
在传统的桥梁监测体系中,多采用人工巡检的方式,存在时间周期长、难以覆盖全局等问题。
因此,基于光纤传感技术的智能桥梁健康监测系统应运而生。
一、光纤传感技术的优势光纤传感技术是近年来发展起来的一种光学技术,其主要原理是利用微弱的光信号来检测变化,因此具有灵敏度高、精度高、抗干扰能力强等优势。
与十年前的传感技术相比,光纤传感技术更为优秀,光纤传感技术成为了智能化桥梁健康监测的最佳选择。
二、光纤传感技术在桥梁监测中的应用采用光纤传感技术,对于桥梁的监测可以起到优异的效果。
光纤传感技术通过在桥梁上铺设光纤传感器,实现温度、应变、振动等物理量的实时测量,将测量到的数据传输到数据采集装置中。
这种方式不仅可以快速反馈桥梁健康状态,还可以根据数据分析进行预警和预测,从而有效维护桥梁的健康状态。
三、智能桥梁健康监测系统的构成智能桥梁健康监测系统有三个核心组成部分。
第一个是数据采集装置,用于采集光纤传感器测量到的数据;第二个是数据传输装置,将采集到的数据传输到云端处理;第三个是数据分析与处理软件,对数据进行处理分析,实现健康状态的预测、预警和维护。
四、智能桥梁健康监测系统的优势与传统的桥梁健康监测方式相比,基于光纤传感技术的智能桥梁健康监测系统具有更为优异的优势。
首先,它可以实现对桥梁的全面监测,避免漏检和遗漏问题,确保桥梁的安全性;其次,它具有智能化的预警功能,可以准确判断桥梁的健康状态,及时发出预警信号,保障了桥梁的使用安全性;最后,它可以实现数据的远程传输和集中处理,大大提高了监测和维护的效率。
五、未来展望光纤传感技术的应用在智能桥梁健康监测系统中是十分广泛的。
大量数据的处理和分析需要引入机器学习,将传感器的数据从大量数据中自动分离出来,提高分析工作的准确性和效率。
基于无线光纤传输技术的智能电源监控系统设计与实现

基于无线光纤传输技术的智能电源监控系统设计与实现基于无线光纤传输技术的智能电源监控系统设计与实现引言:随着现代社会对电力需求的不断增加,电源的稳定性和可靠性变得尤为重要。
为了提高电源的管理效率,降低能源浪费,提高系统的安全性,本文将介绍一种基于无线光纤传输技术的智能电源监控系统的设计与实现。
一、无线光纤传输技术的原理无线光纤传输技术是一种利用红外光或可见光作为信号传输介质的传输技术。
它通过光纤传输数据信号,利用可见光或红外光无线传输数据信号,实现高速、稳定的无线传输。
无线光纤传输技术具有带宽宽、抗干扰性强、传输距离远等优点,因此可以作为智能电源监控系统的传输基础。
二、智能电源监控系统的设计与实现1. 系统架构设计智能电源监控系统由传感器、数据处理单元、通信模块和用户界面组成。
传感器可以监测电源的电压、电流、功率等参数,并将数据传输给数据处理单元。
数据处理单元负责处理传感器数据,并将其发送给用户界面。
通信模块使用无线光纤传输技术实现数据的高速传输和稳定性。
用户界面可以实时显示电源参数,并提供远程控制功能。
2. 数据处理与传输数据处理单元采用嵌入式处理器,通过对传感器数据进行分析和处理,得到电源状态的准确信息。
然后,数据处理单元将处理结果通过通信模块发送给用户界面。
在数据传输过程中,利用无线光纤传输技术实现高速、稳定的数据传输。
通过无线光纤传输技术,可以有效地提高系统的稳定性和可靠性。
3. 用户界面与远程控制用户界面可以实时显示电源的各种参数,如电压、电流、功率等。
通过用户界面,用户可以远程监控电源的运行状态,并进行远程控制。
例如,用户可以通过用户界面实现电源的开关和调节功率等操作。
这样,用户可以更加方便地管理和控制电源系统。
三、实验结果与分析在实验中,我们采用了一套基于无线光纤传输技术的智能电源监控系统,并进行了测试和评估。
测试结果表明,该系统可以实现高速、稳定的无线数据传输,并准确地监控和控制电源的运行状态。
全光纤周界监控预警系统

全光纤周界监控预警系统全光纤周界监控预警系统是利用激光、光纤传感和光通信等高科技技术构建的安全报警系统,是一种对威胁公众安全的突发事件进行监控和警报的现代防御体系,它是基于分布式光纤传感技术应用于周界监控防护的新系统。
该系统利用单根光纤(光缆)作为传感传输二合一的器件,通过对直接触及光纤(缆)或通过承载物,如覆土、铁丝网、围栏、管道等,传递给光纤(缆)的各种扰动,进行持续和实时的监控。
采集扰动数据,经过后端分析处理和智能识别,判断出不同的外部干扰类型,如攀爬铁丝网、按压围墙、禁行区域的奔跑或行走,以及可能威胁周界建筑物的机械施工等,实现系统预警或实时告警,从而达到对侵入设防区域周界的威胁行为进行预警监测的目的。
为了精确定位,只需获取光纤的准确长度,再根据现场情况将光纤长度距离换算为实际距离,在报警信息中得到准确可靠的定位精度,从而实现远距离安全保障系统的定位报警功能,通过系统提供的入侵地点的位置,可以联动CCTV 监控或派遣人员到达现场。
核心技术作为特殊的带定位功能的分布式光纤传感监控监测技术,所需元器件、零件全部国产化,整个系统工程实施和应用较为简单,其与其它传统安防系统相比,先进之处在于:组合光路设计,单根光纤融合外界侵入检测和定位于一体;模式识别系统,降低系统误报率;信号处理系统,对高危地区实现语音监听和记录;独特的系统构架,可融合其它传感监测系统。
核心功能:1、长距离入侵监测沿光纤敷设区域全程任意点全天候不间断地实时监测。
2、侵入定位在判断有威胁侵入行为发生时,系统根据光信号调制分析,可以实时对侵入行为发生点进行定位,从而便于安保人员对目标明确地及时采取有效措施,制止侵入行为后续事件发生。
3、模式识别对非危害性环境干扰如雷鸣、鞭炮、汽车鸣响、雨声等进行识别,做出无害判断;还能识别走路、攀爬、触摸、挖掘等侵入行为并报警。
4、重要部位语音监听对于局部高危区域,系统可实现语音监听和记录。
该功能完全无需采用电或金属的传感器,仅用光纤即可实现,丰富了用单一光纤实现监控系统的功能和防护等级。
光纤传感器监测系统设计和优化

光纤传感器监测系统设计和优化一、介绍随着科技的不断发展,光纤传感器在监测领域得到了广泛应用。
它具有高灵敏度、高精度、抗干扰性强、可扩展性高等优点,特别适用于实时监测工业生产中液位、温度、振动、压力等参数变化。
本文将详细介绍光纤传感器监测系统的设计和优化。
二、光纤传感器的基本原理光纤传感器是指利用光纤的光学特性,通过光信号的传输和调制来实现对物理量、化学量的测量和控制。
常见的光纤传感器包括光纤光栅传感器、拉曼光纤传感器、布里渊光纤传感器等。
光纤传感器的基本原理是利用光的传播特性,通过光纤传输技术将光信号源引入光纤中间传输,并在光纤的一端接收和分析光信号,进而实现对物理参数的测量。
根据测量原理的不同,光纤传感器又可分为菲涅尔光纤传感器、干涉型光纤传感器、功率调制型光纤传感器等多种类型。
三、光纤传感器在监测系统中的应用1.液位监测在工业生产中,对于流程管道或储罐中的液位变化,及时的监测和控制非常重要。
利用光纤传感器可以实现对液位变化的实时监控,同时对于液位的高度进行校准,保证生产过程的稳定性。
2.温度监测光纤传感器可以实现对温度的高精度监测。
经过优化的光纤传感器可以在高温和极低温的环境下进行稳定的温度检测,并且具有很高的防干扰能力,可以保证监测数据的准确性和实时性。
3.振动监测在工业设备中,振动问题会对设备的稳定性和寿命产生影响。
通过安装在设备上的光纤传感器可以监测设备运行时的振动情况,提供数据支持来优化设备的运行,并且可预测可能出现的问题,提早进行维修和更换。
4.压力监测使用光纤传感器可以实现对压力的高精度在线监测,进行负载监测、管道泄漏率检测等工作。
对于工业管道、气体中压力波动的监测可以通过光纤压力传感器实现。
能够提高工业设备的生产效率,保障生产过程的稳定性。
四、光纤传感器监测系统的设计和优化1. 光纤传感器的选型在进行光纤传感器监测系统的设计时,需要根据实际需求选定合适的光纤传感器。
光纤传感器的类型、灵敏度、测量范围、温度环境等参数需考虑。
基于光纤传感技术的智能化桥梁监测系统设计与研究

基于光纤传感技术的智能化桥梁监测系统设计与研究随着城市化进程的不断推进,越来越多的桥梁被建造起来,承担着交通运输、社会经济发展的重任。
同时,桥梁的安全问题也备受关注。
在桥梁建设和维护管理中,传统的监测手段存在着许多不足,例如实时性差、精度不高、监测点数量有限等缺点。
基于光纤传感技术的智能化桥梁监测系统因此应运而生,该系统具有实时性好、监测点数量多、精度高等优点。
一、光纤传感技术在桥梁监测中的应用现状目前,光纤传感技术已经广泛应用于桥梁的监测中。
它采用光纤作为感应元件,利用光学传感技术实现对桥梁的监测。
在桥梁监测中,光纤传感技术可以监测桥梁的位移、振动、温度等参数,在实现桥梁安全监测的同时,也可以为桥梁的建设和维护提供支持。
二、基于光纤传感技术的智能化桥梁监测系统的设计与研究1.技术原理该系统采用光纤传感技术,将光纤传感器固定在桥梁结构中,实现对桥梁结构各点的监测。
光纤传感器采用光学回波法,可以实现多点同时监测。
光纤传感器将监测点的光信号通过光电转换器转换成电信号,并通过传输装置传输到数据处理中心。
数据处理中心根据收集到的数据进行实时处理和分析,通过相关指标对桥梁进行评估。
2.技术特点该系统具有以下几个优点:第一,传感点数量多。
光纤传感器可以实现多点同时监测,可以提供更丰富的监测信息。
第二,实时性好。
该系统采用实时监测技术,可以实现对桥梁的实时监测和分析,提高监测的效率。
第三,精度高。
该系统采用高精度的传感技术,可以实现对桥梁结构的精细化监测,提高监测的精度和准确性。
3.技术应用该系统广泛应用于桥梁的监测和评估中。
它可以实现对桥梁的位移、振动、温度等参数的监测,为桥梁的安全评估提供支持。
同时,该系统也可以用于桥梁的建设和维护中,实现预测性维护,提高桥梁的使用寿命。
三、结语基于光纤传感技术的智能化桥梁监测系统是桥梁安全监测领域的一项重要技术。
该系统具有传感点数量多、实时性、精度高等优点,可以为桥梁的建设和维护提供支持。
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第1章绪论现代科学技术的迅猛发展,使人类社会从高度工业化向信息化转变,在信息化时代,人类将主要依靠对信息资源的开发及其变换,传输和处理进行社会活动.传感器是感知,获取,检测和转换信息的窗口,处于研究工作对象与传输系统的接口位置,被比喻为电子计算机实现电脑智能化的"五官".可以设想,如果没有高度保真和性能可靠的传感器,纵有再好的传输和处理设备也无法发挥作用.因此,传感器是实现信息化时代的主要技术基础。
传感器又被称为"80年代最有代表性的珍品",目前已广泛应用于国防军工,工,农业生产,环境保护,生物医学,计量测试,交通运输,自动控制和家用电器等各个领域拓展.电子和电脑,空间海洋,遗传,材料和能源等关键工程的开发,首先就要有能传感各种强,高,弱,微和边缘效应的传感器,这些特殊领域的突破将给人类科学技术带来不可估量的进展,产生巨大的经济效益.因此,传感器是现代科学技术开拓的先锋。
光纤与激光,半导体光探测器一样,是一种新兴的光学技术,即形成光电子学新的领域是20世纪后勤工作半期重大发明之一。
以光纤作为信息传输介质的光纤通信,自1970年美国康宁(Corning)玻璃公司制成20dB/km的光纤充来,得到广泛的重视和发展。
短短的十几年就从实验室研究走向实用化,现正在形成产业,社会经济效益与日俱增。
在70年代中期,人们开始意识到光纤本身可以构成一种新的直接交换信息的基础,无需任何中间级就能把待测的量和光纤内的导光联系起来。
自1977年美国海军研究所(NRL)开始执行光纤传感器系统(FOSS)计划以来,光纤传感器的概念在全世界的许多实验室里变为现实。
随着光纤传感器的研制,国际间的学术研究交流活动日益增多。
从1983年起,国际光纤传感器会议(International Conference on Optical Fiber Sensors)定期召开。
第2章传感器2.1 传感器2.1.1传感器定义能感受(或响应)规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。
传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成。
人可以用手准确地拿到放在桌上的书,笔等物,这是出现于日常生活中的习以为常的现象。
人在完成这个过程时,不可缺少的是大脑的判断和认识对象,而眼睛为大脑的正确判断和认识提供依据,可以想像,如果闭上眼睛,人拿任何物品是多么困难.控制和测量的关系就是这样,为了有效地达到自动控制,就需要像眼睛一样的传感器测量被控制对像的一系列信息和对这些信息的正确判断。
2.1.2 传感器的条件众所周知,实现信息检测,转换和传输的元,器件或装置称为传感器。
通常要求传感器要具有如下条件:1.有优良的转换功能,工作范围宽,具有好的线性特性,检测信号的信噪比高,重复性好,时间老化特性优良。
2.检测信号的质量好,容易作信号处理,容易传输信号。
3.与被测体匹配好,对被测体环境适应能力强,不破坏被测体的状态,检测信号不受被测体环境的干扰。
4.体积小,重量轻,特性偏差小,故障率低,价格低廉。
2.1.3 传感器的分类目前,市场上的传感器有数千种,正在研究的就更多。
为研究方便,人们常用以下方法将传感器分类:1.按工作原理分:结构型传感器和物性型传感器。
前者主要是利用传感器结构上几何尺寸等的变化来实现检测、转换;后者则是利用传感器材料的物性变化来实现检测、转换的。
2.按所用的效应分:有物理传感器、化学传感器及生物传感器。
第3章光纤传感器3.1 光纤传感器的原理光纤是70年代为光通信而发展的一种新型材料,它主要是用玻璃预制棒拉丝成纤维,外直径仅100-150um。
它与其它材料相比,有许多独特的性能。
光纤的第一个特性是良好的传光性能。
它对光波的损耗目前可低到0.2db/km,甚至更低;若光在光纤里传播1km,光强将减小为原来的1/1.047,即光强为原来的96%,传播15km后光强还有原来的一半,可见光强衰减很小。
有人比喻说,如果有一根针沉在10km深,透明度和光纤相同的海底,人在海面上可以看得非常清楚,可以想像光纤的透明度是很高的。
光纤的第二个特性是频带宽.这是因为光纤传输的是光,而光的频率特别高,现在所用的光频率在1014-1015Hz的范围里,它比微小高5个数量级。
频率越高,能够容纳的带宽越宽;而其它传输手段只能传输频率低得多的电磁波,即使能够把光送入其它传输线,也由于损耗大而没有实用价值。
这是光纤能够同时传输大量信息的根本原因。
现在已经达到的实用水平是一条光纤能同时传输路电话。
正在进行实验,很快就能投入使用的同时能传输路电话,比原来的提高4倍。
理论上可以传输的路数比它还要大得多,可能是一个天文数字。
现在限于光纤的水平,更奶于其它元件的水平(例如半导体激光器),使传输信息的容量有限。
尽管这样,一条比头发还细的玻璃丝,用那么小的功率(只有几个毫瓦)能够传送几万路电话,甚至还可以多得多,确实不可思议,不愧是一项最新的尖端技术。
光纤的长三个物性是它本身就是一个敏感元件,即光在光纤中传输时,光的特性如振幅、相位、偏振态等将随检测对象发生变化而相应变化。
光从光纤射出时,光的特性得到调制通过对调制光的检测,便能感知外界的信息这是光纤在光纤通信领域外的应用。
为充分发挥光纤的这一特性,自70年代中期以来出现了许多特殊光纤,如一种性能灵敏地随着射线辐照而发生变化的光纤,被用于射线计量仪;在光纤外面涂上一层特殊涂层材料,以提高光纤对外界信息的敏感能力,用于测量磁场;一些特殊断面,如椭圆芯光纤,熊猫光纤,蝴蝶光纤以及其它特殊用途的红外光纤,紫外光纤,激光光纤,荧光光纤等都已研制成功,有些还进入了商品市场。
光纤传感器也应之而生,光纤传感器是一种把被测量的状态转变为可测的光信号装置。
它由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成。
3.2光纤传感器的分类1、根据光纤在传感器中的作用进行分类1)功能型(全光纤型)光纤传感器:利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)作传感器元件,将“传”和“感”合为一体的传感器。
2)非功能型(或称传光型)光纤传感器:光纤仅起导光作用,只“传”不“感”,对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件来完成。
3)拾光型光纤传感器:用光纤作为探头,接受由被测对象辐射的光或被其反射、散射得光。
2、根据光受被测对象的调试形式进行分类1)强度调制光纤传感器:是一种利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等参数的变化,而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。
2)偏振调制光纤传感器:是一种利用光偏振态变化来测量被测对象信息的光纤传感器。
3)频率调制光纤传感器:是一种利用单色光射到被测物体上反射回来的光的频率发生变化来进行测量的光纤传感器。
4)相位调制光纤传感器:其基本原理是利用被测对象对光纤的作用,使光纤的折射率或传播常数发生变化,导致光线中传输光的相位发生变化,使两根光纤中的出射光产生干涉,且产生的干涉条纹发生变化,通过检测干涉条纹的变化量来确定光相位的变化,从而得到被测对象的信息。
3.3 光纤传感器的特点与传统的传感器相比,光纤传感器的主要特点是:1)抗电磁干扰,电绝缘,耐腐蚀,本质安全。
由于光纤传感器是利用光波传输信号的,而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输媒介,因此不怕强电磁干扰,也不影响外界电磁场,本质安全可靠。
这使得它在各种大型机电、石油化工、冶金高压、强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境中能安全有效的使用。
2)灵敏度高。
利用长光纤和光波干涉技术使不少光纤传感器的灵敏度优于一般传感器。
其中有的已有理论和实验验证,如测试水声、加速度、辐射、温度、磁场等物理量的光纤传感器。
3)重量轻,体积小,外形可变。
4)测量对象广泛。
目前已有性能不同的测试温度、压力、位移、速度、加速度、液面、流量、震动、水声、电流、电场、电压、杂志含量、液体浓度、核辐射等各种物理量、化学量的光纤传感器的现场使用。
5)被测介质影响小。
6)便于复用,便于成网。
7)成本低。
第4章光纤智能监控传感器系统4.1光纤微弯传感器4.1.1 光纤微弯传感器的原理1、定义当光纤形态发生变化时,会引起光纤中的模式耦合,其中有些导波模变成了辐射模,从而引起损耗,这就是微弯损耗。
光纤的微弯损耗远大于光纤的宏弯损耗。
光纤微弯传感器是通过外界因素导致光纤产生微弯变化,进而导致光纤输出光强变化来反映或者测量待测量变化的传感设备,属于非功能型光纤传感器。
2、微弯效应光纤的微弯会引起光纤中的传导模与辐射膜之间产生耦合,从而使一部分倒模泄露到包层中去,通过检测光纤纤芯中的传导光功率或包层中辐射模功率的变化,就能检测位移或压力的大小。
引起微弯板位移的物理量可以是温度、压力、位移等。
3、光模式强度调制原理在光纤传感器中,微弯处一般弯成正弦状,设微弯部分的空间周期为A,振幅为A,如图4.1所示。
图4.1 光模式强度调制原理图当有外界因素作用在微弯板上时,将使光纤产生微小形变,光纤进而产生微弯损耗。
微弯损耗的大小和空间周期、振幅、光纤种类、光纤弯曲形变大小等都有关。
4、空间周期如果光纤中两个模式的传播常数分别为21ββ、,理论研究表明,光纤微弯板的空间周期∧满足:∧==∆π22-1βββ (4.1) 对于梯度型(抛物线或平方率)光纤而言,设纤芯的半径为a ,a 0n n 、 分别表示距离光纤轴为0,a 处的折射率,相对折射率∆为202a 20n 2n -n =∆ (4.2)另外,对于抛物线折射率分布光纤而言,传播常数β、相对折射率∆、纤芯半径a 之间的关系为a2∆=∆β (4.3) 由以上三个式子得到抛物线折射率分布光纤微弯板(微弯变形器)的临界空间周期为∆=∧2a2pc π (4.4)对于阶跃型光纤而言,21n n 、分别表示距离光纤纤芯、包层处的折射率,相对折射率∆为 212221n 2n -n =∆ (4.5) 对于阶跃型折射率分布光纤而言,传播常数β、相对折射率∆、纤芯半径a 之间的关系为 a2∆=∆β (4.6)。