光纤传感器如何检测

发布时间:2023年7月12日 15:04

光纤传感器是一种基于光学原理,将光纤作为传感元件的一种传感器。它通过检测光线的损失、折射、散射等变化,实现对被测物理量的测量和监测。在实际应用中,光纤传感器广泛应用于温度、压力、位移、流量、振动等物理量的测量和控制领域。下面将从光纤传感器的原理、分类、检测方法等方面,分别进行解答。

一、光纤传感器的原理

光纤传感器是利用光纤作为传输信号的媒介,将被测物理量的变化通过光的损失、折射、散射等方式转化为光信号的变化,利用光电转换技术将光信号转化为电信号输出。光纤传感器的工作原理基于以下两种基本原理。

1、光纤中的衰减

当光纤传输中的光线照射到物体表面上时,部分光线会因散射、反射等原因而被耗散消失,这时光信号的强度会发生变化,从而实现对相关物理量的测量。

2、光纤中的折射

当光线照射到一根光纤的端口,一部分光线会被反射回来,另一部分光线则会继续沿着光纤的轴传播,当光线沿某一方向到达光纤的结构性界面时,如果另一侧介质的折射率不同,则会发生一定程度的反射和折射,这时就可以通过测量反射和折射光的强度的变化,实现对相关物理量的测量。

二、光纤传感器的分类

光纤传感器可以根据不同的工作原理和应用领域进行分类。

1、根据光源类型

光纤传感器可以分为激光光源和LED光源两类。激光光源具有较高的亮度和直线性,适用于高精度、长距离监测;LED光源体积小、功耗低、价格便宜,适用于远程数据采集。

2、根据测量方式

光纤传感器可以按照测量方式分为点式、线式和面式三种类型。点式传感器通常采用单根光纤,数据采集点有限,精度相对较高;线式传感器采用多根光纤构成传感网络,精度较点式相对降低;面式传感器采用大量光纤组成二维结构,可实现中高精度、大面积的监测。

3、根据测量物理量

光纤传感器根据测量的不同物理量又可分为温度传感器、压力传感器、振动传感器等。

三、光纤传感器的检测方法

光纤传感器的检测方法主要分为两种,即光功率法和光时间域反射法。

1、光功率法

光功率法是基于光纤中的光强度变化实现测量。当光线经过光纤时,由于其发生的散射、反射、吸收等过程都会导致光强度的变化,利用光功率法,可以将这种光强度的变化转化成信号,实现相关物理量的测量。例如,当光纤传感器用于测量温度时,热量对外界光线的的吸收和散射会导致光强度的变化,从而可以通过光功率法测量温度的变化。

2、光时间域反射法

光时间域反射法是通过光脉冲的传播延迟、衰减等特性来实现相关物理量的测量。当光脉冲从光纤引入后,会在传播途中经历反射、散射等效应,导致时间域反射特性发生改变。通过比较引入时刻和反射波到达时刻,可以判断光子在光纤中传播的距离。

综上所述,光纤传感器具有使用范围广、精度高、抗电磁干扰等优点,在现代工业自动化、军事、医疗和环境监测等领域均起到了重要作用。