光导纤维传感器的光纤传感器

光纤传感器的性能有何特殊之处~

　　光导纤维传感器(简称光纤传感器)是七十年代迅速发展起来的一种新型传感器。光纤传感器具有灵敏度高，不受电磁波干扰，传输频带宽，绝缘性能好，耐水抗腐蚀性好，体积小，柔软等优点。目前已研制出多种光纤传感器，可用于位移、速度、加速度、液位、压力、流量、振动、水声、温度、电压、电流；磁场、核辐射等方面的测量。应用前景十分广阔。

温度传感器　　温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。　　两种不同材质的导体，如在某点互相连接在一起，对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为“热电偶”。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时，输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在5～40微伏／℃之间。　　热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。　　温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。 　　温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。　　接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。 　　温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量1.6～300K范围内的温度。　　非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难精确测量。在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，从而提高有效发射系数：式中ε为材料表面发

按工作原理光纤传感器分为功能型和非功能型两大类。 （或称物性型、传感型）光纤传感器 光纤在这类传感器中不仅作为光传播的波导而且具有测量的功能。因为光纤既是电光材料又是磁光材料，所以可以利用克尔效应、法拉第效应等，制成测量强电流、高电压等传感器；其次可利用光纤的传输特性把输入量变为调制的光信号。因为表征光波特性的参量，如振幅（光强）、相位、和偏振态会随着光纤的环境（如应变、压力、温度、电场、射线等）而改变，故利用这些特性便可实现传感测量。
1．光强度调制型
光强度调制是光纤传感器最基本的调制形式。被测量通过影响光纤的全内反射实现对输出光强度的调制。从几何光学的角度讲，调制的条件是分别为纤芯和包层的折射率。 调制的具体途径又可分为两大类：
①改变光纤的几何形状，从而改变光线的传播入射角φ ；
②改变光纤纤芯或者包层的折射率。可见，在纤芯中传输的光有一部分耦合到包层中，原来光束以大于临界角的角度在纤芯中传播为全内反射，但在弯曲处，光束以小于临界角 sin-1(n2/n1)的角度入射到界面，部分光逸出散射到包层。这种检测原理可以实现对力、位移和压强等物理量的测量。改变光纤折射率实现调制的方法也很常用，对于不同的测量对象可以采用不同的材料作包层，例如电光材料、磁光材料、光弹材料等，光纤中光强被油滴所调制的情况。有一种光纤温度传感器就是利用纤芯和包层折射率的温度系数不一致，实现对温度的测量。
2．光相位调制型
光纤相位调制是光纤比较容易实现的调制形式，所有能够影响光纤长度、折射率和内部应力的被测量都会引起相位变化，例如压力、应变、温度和磁场等。相位调制型光纤传感器比强度型复杂一些，一般采用干涉仪检测相位的变化。
3．光偏振态调制型 外界因素使光纤中偏振态发生变化，并能加以检测的光纤传感器属于偏振态调制型。比较典型的应用是根据磁旋效应做成的高压传输线用的光纤电流传感器。 （或称结构型、传光型）光纤传感器 光纤在非功能型光纤传感器中只作为传光的介质，还需加上其它敏感器件才能组成传感器。非功能型传感器的特点是结构比较简单，能够充分利用其它敏感器件和光纤本身的优点，因此发展很快。

---

鼓楼区18639438394： 什么是传导型光纤传感器? - ？
席和莱阳： 传导型光纤传感器,又称非功能性光纤传感器或非本征光纤传感器,指光纤仅作传输媒介的光纤传感器.

鼓楼区18639438394： 光纤传感器.光电传感器和接近传感器选择和用途上有什么区别? - ？
席和莱阳： 其实光纤传感器应该属于光电传感器中的一种,相对来说,光纤传感器通常比普通的光电传感器的精度要高,普通的光电传感器是指传感器上直接发光、收光,由于光的扩散等原因,收光量的大小无法精确控制,即导致检测的精度无法提高精度,而光纤传感器通过光纤线传输光线,提高光束的聚拢程度,易判断收光量的大小,检测精度要高.接近开关传感器是目前很多屏蔽门系统用来检测开门与关门的常用方案,一般是通过两个接近开关来检测门的开启和关闭.另外光电开关在系统中的用量也很大,一切屏蔽门技术都会应用更多传感器技术.不难看出谁应用传感器技术多,谁才会是市场上的强者,智能化和自动化将依靠传感器密切联系在一起.

鼓楼区18639438394： 按工作原理光纤传感器分为什么? ？
席和莱阳： 光导纤维传感器光纤传感器编辑按工作原理光纤传感器分为功能型和非功能型两大类

鼓楼区18639438394： 光纤传感器有哪些?分别用来测量什么? - ？
席和莱阳： 光纤传感器可以分为两大类: 一类是功能型(传感型)传感器; 另一类是非功能型(传光型)传感器. 1.功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件, 被测量对光纤内传输的光进行调制, 使传输的光的强度、相位、频率或偏振...

鼓楼区18639438394： 新型传感器有哪些 - ？
席和莱阳： 你的问题范围太大不好回答;仿生类传感器、军用传感器有红外,紫外,热成像,合成孔径雷达,激光雷达等、新型PH传感器!

鼓楼区18639438394： 什么是光纤传感器?光纤是敏感元件? - ？
席和莱阳： 由于光纤传感器及技术具有较其它传感器无法比拟的特点,所以近几年来,光纤传感器与测量技术发展成为仪器仪表领域新的发展方向,而新型光纤传感器不外乎有以下特点: * 光纤传感器具有优良的传光性能,传光损耗很小,目前损耗能达到...

鼓楼区18639438394： 光纤传感器有哪些 - ？
席和莱阳： 光电传感器 接近传感器 压力传感器 位移│测长传感器 旋转编码器 视觉传感器 超声波传感器 振动│倾斜传感器 智能传感器 传感器控制器 微型光电传感器

鼓楼区18639438394： 光纤传感器有什么独特的作用? - ？
席和莱阳： 光纤传感器可以分为两大类:一类是功能型传感器;另一类是非功能型传感器.1.功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件,被测量对光纤内传输的光进行调制,使传输的光的强度,相位,频率等特性发生变化,再通过对被调制的信号进行解调,从而得出被测信号.优点,结构紧凑,灵敏度高.2.非功能性传感器是利用其它敏感元件感受被测的变化,光纤仅作为信息的传输介质,常采用单模光纤.光纤跳线使用的话个人推荐一家胜为的,您可以参考一下.光纤在其中仅起导光作用,光照在光纤型敏感元件上受被测量调制.优点:无需特殊光纤及其他特殊技术,比较容易实现,成本低.

鼓楼区18639438394： 光纤温度传感器的系统结构及工作原理 - ？
席和莱阳： 光纤温度传感器的结构原理有很多种.其基本系统结构如图.光纤温度传感器,是一类利用在光线在光线中传输时,光的振幅、相位、频率、偏振态等随光纤温度变化而变化的原理制作的传感器. 光纤温度传感器一般分为两类:一类是光...

鼓楼区18639438394： 光导纤维传感器分类编辑从传感器的机理上来说可以分为哪两种类型? ？
席和莱阳： 光导纤维传感器分类编辑从传感器的机理上来说,光纤传感器可分为振幅型(强度型)和相位型(干涉型)两种