中國臺灣力科光纖溫度傳感器的原理

中國臺灣光纖溫度傳感器

1.    光纖傳感器結構原理
以電為基礎的傳統傳感器是一種把測量的狀態(tài)轉變?yōu)榭蓽y的電信號的裝置。它的電源、敏感元件、信號接收和處理系統以及信息傳輸均用金屬導線(xiàn)連接。見(jiàn)圖（a）。光纖傳感器則是一種把被測量的狀態(tài)轉變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置。由光發(fā)送器、敏感元件（光纖或非光纖的）、光接收器、信號處理系統以及光纖構成，見(jiàn)圖（b）。
由光發(fā)送器發(fā)出的光經(jīng)源光纖引導至敏感元件。這時(shí)，光的某一性質(zhì)受到被測量的調制，已調光經(jīng)接收光纖耦合到光接收器，使光信號變?yōu)殡娦盘?，后?jīng)信號處理得到所期待的被測量。
可見(jiàn)，光纖傳感器與以電為基礎的傳統傳感器相比較，在測量原理上有本質(zhì)的差別。傳統傳感器是以機電測量為基礎，而光纖傳感器則以光學(xué)測量為基礎。

2.    光纖傳感器的分類(lèi)：

注：MM多模；SM單模；PM偏振保持；a,b,c功能型、非功能型、拾光型
3、    根據光纖在傳感器中的作用，光纖傳感器分為功能型、非功能型和拾光型三大類(lèi)。
1）    功能型（全光纖型）光纖傳感器
利用對外界信息具有造紙廠(chǎng)能力和檢測能力的光纖（或特殊光纖）作傳感元件。將“傳”和“感”合為一體的傳感器。光纖不僅起傳光作用，而且還利用光纖在外界因素（彎曲、相變）的作用下，其光學(xué)特性（光強、相位、偏振態(tài)等）的變化來(lái)實(shí)現“傳”和“感”的功能。因此，傳感器中光纖是連續的。由于光纖連續，增加其長(cháng)度，可提高靈敏度。

1）    非功能型（或稱(chēng)傳光型）光纖傳感器
光纖僅起導光作用，只“傳”不“感”，對外界信息的“感覺(jué)”功能依靠其他物理性質(zhì)的功能元件完成。光纖不連續。此類(lèi)光纖傳感器無(wú)需特殊光纖及其他特殊技術(shù)，比較容易實(shí)現，成本低。但靈敏度也較低，用于對靈敏度要求不太高的場(chǎng)合。

2）    拾光型光纖傳感器
用光纖作為探頭，接收由被測對象輻射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纖激光多普勒速度計、輻射式光纖溫度傳感器等。

（2）根據光受被測對象的調制形式
形式：強度調制型、偏振調制、頻率調制、相位調制。
1）    強度調制型光纖傳感器
是一種利用被測對象的變化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等參數的變化，而導致光強度變化來(lái)實(shí)現敏感測量的傳感器。有利用光纖的微彎損耗；各物質(zhì)的吸收特性；振動(dòng)膜可液晶的反射光強度的變化；物質(zhì)因各種粒子射線(xiàn)或化學(xué)、機械的激勵而發(fā)光的現象；以及物質(zhì)的熒光輻射或光路的遮斷等來(lái)構成壓力、振動(dòng)、溫度、位移、氣體等各種強度調制型光纖傳感器。
優(yōu)點(diǎn)：結構簡(jiǎn)單、容易實(shí)現，成本低。
缺點(diǎn)：受光源強度波動(dòng)和連接器損耗變化等影響較大。
2）    偏振調制光纖傳感器
是一種利用光偏振態(tài)變化來(lái)傳遞被測對象信息的傳感器。有利用光在磁場(chǎng)中媒質(zhì)內傳播的法拉弟效應做成的電流、磁場(chǎng)傳感器；利用光在電場(chǎng)中的壓電晶體內傳播的泡爾效應做成的電場(chǎng)、電壓傳感器；利用物質(zhì)的光彈效應構成的壓力、振動(dòng)或聲傳感器；以及利用光纖的雙折射性構成溫度、壓力、振動(dòng)等傳感器。這類(lèi)傳感器可以避免光源強度變化的影響，
因此靈敏度高。
1）    頻率調制光纖傳感器
是一種利用單色光射到被測物體上反射回來(lái)的光的頻率發(fā)生變化來(lái)進(jìn)行監測的傳感器。有利用運動(dòng)物體反射光和散射光的多普勒效應的光纖速度、流速、振動(dòng)、壓力、加速度傳感器；利用物質(zhì)受強光照射時(shí)的喇曼散射構成的測量氣體濃度或監測大氣污染的氣體傳感器；以及利用光致發(fā)光的溫度傳感器等。
2）    相位調制傳感器
其基本原理是利用被測對象敏感元件的作用，使敏感元件的折射率或傳播常數發(fā)生變化，而導致光的相位變化，使兩束單色光所產(chǎn)生的干涉系統發(fā)生變化，通過(guò)檢測干涉系統的變化量來(lái)確定光的相位變化量，從而得到被測對象的信息。通常有利用光彈效應的聲、壓力或振動(dòng)傳感器；利用磁致伸縮效應的電流、磁場(chǎng)傳感器；利用電致伸縮的電場(chǎng)、電壓傳感器以及利用光纖賽格納克（Sagnac）效應的旋轉角速度傳感器（光纖陀螺）等。這類(lèi)傳感器的靈敏度很高。但由于須用特殊光纖及高精度檢測系統，因此成本高。

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