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轉變為可測的電信號的裝置。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連接。見圖（a）。光纖傳感器則是一種把被測量的狀態轉變為可測的光信號的裝置。由光發送器、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，見圖（b）。
由光發送器發出的光經源光纖引導至敏感元件。這時，光的某一性質受到被測量的調制，已調光經接收光纖耦合到光接收器，使光信號變為電信號，后經信號處理得到所期待的被測量。
可見，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測量為基礎。

2.    光纖傳感器的分類：

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。
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，其光學特性（光強、相位、偏振態等）的變化來實現“傳”和“感”的功能。因此，傳感器中光纖是連續的。由于光纖連續，增加其長度，可提高靈敏度。

1）    非功能型（或稱傳光型）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”功能依靠其他物理性質的功能元件完成。光纖不連續。此類光纖傳感器無需特殊光纖及其他特殊技術，比較容易實現，成本低。但靈敏度也較低，用于對靈敏度要求不太高的場合。

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實現敏感測量的傳感器。有利用光纖的微彎損耗；各物質的吸收特性；振動膜可液晶的反射光強度的變化；物質因各種粒子射線或化學、機械的激勵而發光的現象；以及物質的熒光輻射或光路的遮斷等來構成壓力、振動、溫度、位移、氣體等各種強度調制型光纖傳感器。
優點：結構簡單、容易實現，成本低。
缺點：受光源強度波動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變化來傳遞被測對象信息的傳感器。有利用光在磁場中媒質內傳播的法拉弟效應做成的電流、磁場傳感器；利用光在電場中的壓電晶體內傳播的泡爾效應做成的電場、電壓傳感器；利用物質的光彈效應構成的壓力、振動或聲傳感器；以及利用光纖的雙折射性構成溫度、壓力、振動等傳感器。這類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的光的頻率發生變化來進行監測的傳感器。有利用運動物體反射光和散射光的多普勒效應的光纖速度、流速、振動、壓力、加速度傳感器；利用物質受強光照射時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生變化，而導致光的相位變化，使兩束單色光所產生的干涉系統發生變化，通過檢測干涉系統的變化量來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、壓力或振動傳感器；利用磁致伸縮效應的電流、磁場傳感器；利用電致伸縮的電場、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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