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光纤感器产品的分类和用途

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发表于 2018-3-30 11:45:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

继光通信之后,光纤在传感器领域也得到快速的发展和广泛的应用。光纤传感器的工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器,使待测参数与进入调制区的光相互作用后,导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化,称为被调制的信号光,在经过光纤送入光探测器,经解调后,获得被测参数。目前中国市场上,布拉格光纤光栅和基于光时域反射的分布式传感器是应用最为广泛的光纤传感技术。


目前市场上光纤传感器产品主要有光纤陀螺仪、光纤水听 器、光纤光栅传感器和光纤电流传感器。下面介绍一下他们各自的原理以及发展概况:


光纤陀螺仪


光纤陀螺仪按测量原理可分分干涉型、谐振型和布里渊型,干涉型属于第一代光纤陀螺仪,目前该产品在技术上已经比较成熟,正处于批量化生产和商品化阶段;第二代产品是谐振型光纤陀螺仪,处于实验室研究向实用化推进的发展阶段;布里渊型是第三代,尚处于理论研究阶段。光纤陀螺仪结构根据所采用的光学元件有三种实现方法:小型分立元件系统、全光纤系统和集成光学元件系统。目前分立光学元件方案已经基本消失,全光纤系统用在开环低精度、低成本的光纤陀螺仪中,集成光学器件陀螺仪以工艺简单,总体重复性好、低成本成为国际中高精度光纤陀螺仪的主要方案。


光纤水听 器


光纤水听 器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器,它通过高灵敏度的光纤相干检测,将水声信号转换为光信号,并通过光纤传至信号处理系统转换为相对应的声信号信息。与传统水听 器的相比较,光纤水听 器具有灵敏度高、响应带宽宽、不受电磁干扰等优点,广泛用于军事和石油勘探、环境检测等领域,具有很大的市场前途。


光纤水听 器按原理可分为干涉型,强度型,光栅型等。干涉型光纤水听 器关键技术已经逐步发展成熟;光纤光栅水听 器则是当前光纤传感器研究的热点方向。涉及到的关键技术包括光源、光纤器件、探头技术、抗偏振衰落技术、抗相位衰落技术、信号处理技术、多路复用技术以及工程技术等。


光纤光栅传感器


光纤光栅传感器尤其是光纤Bragg光栅传感器是最近几年国内外传感器领域的研究热点。传统光纤传感器绝大部分属于光强型和干涉型,光强型传感器存在光源不稳定,光纤损耗和探测器老化等问题,干涉型传感器由于要求两路干涉光的光强相等需要固定参考点应用不便。


以光纤布拉格光栅为主的光纤光栅传感器传感信号为波长调制以及复用能力强,避免了上述传统光纤传感器存在的问题。在建筑健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等应用,光纤光栅传感器是最理想的灵敏元件。光纤光栅传感器在地球动力学、航天器、船舶航运、民用工程结构、电力工业、医药和化学传感中有广泛的应用。


光纤电流传感器


电力工业的迅猛发展带动电力传输系统容量不断增加,运行电压等级越来越高,不得不面临强大电流的测量问题。在高电压、大电流和强功率的电力系统中,以电磁感应为基础的传统电流传感器(简称CT)暴露出一系列严重缺点:爆炸引起灾难性 事故;大故障电流引起铁芯磁饱和;铁芯共振效应;滞后效应;精度不高;易受干扰;体积大、重量大、价格昂贵等,已经难以满足新一代数字电力网的发展需要。光纤电流传感器成为解决上述难题的最好办法。



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