1、.,周彤 張淼 葛亞 丁曉林,光纖傳感器在測(cè)量方面的應(yīng)用,.,光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光信號(hào)經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化，成為被調(diào)制的信號(hào)源，在經(jīng)過光纖送入光探測(cè)器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測(cè)參數(shù)。,光纖傳感器,1.前言,.,光纖傳感器與測(cè)量技術(shù)是儀器儀表領(lǐng)域新的發(fā)展方向 由于光纖傳感器及技術(shù)具有較其它傳感器無法比擬的特點(diǎn)，所以近幾年來，光纖傳感器與測(cè)量技術(shù)發(fā)展成為儀器儀表領(lǐng)域新的發(fā)展方向，而新型光纖傳感器不外乎有以下特點(diǎn)： 光纖傳感器具有優(yōu)良的傳光性能，傳光損耗很小，目前損耗能達(dá)到0.2dB

2、/km的水平。 光纖傳感器頻帶寬，可進(jìn)行超高速測(cè)量，靈敏度和線性度好。 光纖傳感器體積很小，重量輕，能在惡劣環(huán)境下進(jìn)行非接觸式、非破壞性以及遠(yuǎn)距離測(cè)量。 還具有靈敏度高、可靠性好、原材料硅資源韋富、抗電磁干擾，抗腐蝕、耐高壓、電絕緣性能好、可繞曲、防爆、頻帶寬、損耗低等特點(diǎn)。同時(shí)，它還便于與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)智能化和遠(yuǎn)距離監(jiān)控。對(duì)傳統(tǒng)的傳感器起到擴(kuò)展提高的作用，不少情況下能夠完成前者很難完成甚至不能完成的仟?jiǎng)?wù)。,.,正是由于光纖傳感器具有許多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可以解決許多傳統(tǒng)傳感器無法解決的問題，故自從它問世以來，就被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、交通、電力、機(jī)械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各個(gè)領(lǐng)域。值此，將討

3、論光纖傳感器在石油化工領(lǐng)域應(yīng)用，即油庫(kù)油罐液位、溫度信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)方案。正因該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用了光纖液位傳感器、光纖溫度傳感器及光纖液位報(bào)警器。,.,2、光纖傳感器組成與類型 光纖傳感器一般是由光源、接口、光導(dǎo)纖維、光調(diào)制機(jī)構(gòu)、光電探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)等部分組成。來自光源的光線，通過接口進(jìn)入光纖，然后將檢測(cè)的參數(shù)調(diào)制成幅度、相位、色彩或偏振信息，最后利用微處理器進(jìn)行信息處理。概括光纖傳感器一般由三部分組成，除光纖之外，還必須有光源和光探測(cè)器兩個(gè)重要部件，見圖1所示。,光纖傳感器一般分為兩大類：一類是傳光型，也稱非功能型光纖傳感器;另一類是傳感型，或稱為功能型光纖傳感器。前者多數(shù)使用多模光

4、纖，以傳輸更多的光量;而傳感型光纖傳感器，是利用被測(cè)對(duì)象調(diào)制或改變光纖的特性，所以只能用單模光纖。,.,3、測(cè)量用的光纖傳感技術(shù),位圖2(a)為半導(dǎo)體吸光型(傳光型)光纖溫度傳感器示意圖。將一根切斷的光導(dǎo)纖維裝在細(xì)鋼管內(nèi)，光纖兩端面間夾有一塊半導(dǎo)體感溫薄片(如GaAs或InP)，這種半導(dǎo)體感溫薄片透射光強(qiáng)隨被測(cè)溫度而變化。 因此，當(dāng)光纖一端輸入一恒定光強(qiáng)的光時(shí)，由于半導(dǎo)體感溫薄片透射能力隨溫度變化，光纖另一端接收元件所接受的光強(qiáng)也隨被測(cè)溫度而改變。于是通過測(cè)量光探測(cè)器輸出的電量，便能遙測(cè)到感溫探頭2(b)處的溫度。,3.1光纖溫度傳感器-傳光型光纖溫度傳感器,.,3.2具有雙金屬片的光纖溫度傳

5、感器,雙金屬片：由兩種不同熱膨脹系數(shù)的金屬片粘合在一起組成。,h,T,Kl,x,D,=,2,T:溫度變化 l：雙金屬片長(zhǎng)度 K：常數(shù),.,光纖束,光纖束,雙金屬片,遮光板,其他的溫度測(cè)量傳感器,.,光纖溫度開關(guān),水銀柱式光纖溫度開關(guān) 1 自聚焦透鏡；2 光纖；3 水銀,.,3.3光纖液位傳感器,基于全內(nèi)反射原理，可以設(shè)計(jì)成光纖液位傳感器。光纖液位傳感器由以下三部分組成： （1）接觸液體后光反射量的檢測(cè)器件即光敏感元件; （2）傳輸光信號(hào)的雙芯光纖; （3）發(fā)光、受光和信號(hào)處理的接收裝置。 這種傳感器的敏感元件和傳輸信號(hào)的光纖均由玻璃纖維構(gòu)成，故有絕緣性能好和抗電磁噪聲等優(yōu)點(diǎn)。,.,單光纖液位傳感器結(jié)構(gòu) 1 光纖；2 耦合器,.,3.4光纖壓力傳感器 Y形光纖束的膜片反射型光纖壓力傳感器如圖。在Y形光纖束前端放置一感壓膜片，當(dāng)膜片受壓變形時(shí)，使光纖束與膜片間的距離發(fā)生變化，從而使輸出光強(qiáng)受到調(diào)制。,.,3.5、光纖加速度傳感器,輸出光纖,支架,懸臂光纖,質(zhì)量塊,阻尼油,輸入光,.,傳感器主要由入射光纖、接收光纖、發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路、光電轉(zhuǎn)換電路、比值運(yùn)算電路等組成。其中入射光纖不但提供入射光,而且它本身又相當(dāng)于懸臂梁和敏感質(zhì)量塊,當(dāng)加速度作用于傳感器的殼體時(shí),入射光纖必然受到一個(gè)與加速度成比例的慣性力的作用,使入射光纖產(chǎn)生撓曲變形