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光纤传感器

光纤传感器的优势:光纤传感器与常规传感器相比有哪些优点

发布日期:2022-10-09 点击率:1431


光纤传感器的优势:光纤传感器与常规传感器相比有哪些优点  第1张

光纤传感器的优势:光纤传感器与常规传感器相比有哪些优点

光纤传感器对于现在人们的生活不陌生了,因为光纤传感器可以应用在人们生活的很多方面,比如光纤测温度和湿度,光纤测压力,光纤测振动等等,传统的传感器技术可能没办法适应这么多的测量需求。
(1) 灵敏度高。光纤传感器的反应速度很快,并且能够测量的各种物理数值也很微小。
(2) 抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全。
由于光纤传感器是利用光波传输信息,而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输媒质,并且安全可靠,这使它可以方便有效地用于各种大型机电、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。
(3) 测量速度快。光的传播速度最快且能传送二维信息,因此可用于高速测量。对雷达等信号的分析要求具有极高的检测速率,应用电子学的方法难以实现,利用光的衍射现象的高速频谱分析便可解决。
(4) 信息容量大。被测信号以光波为载体,而光的频率极高,所容纳的频带很宽,同一根光纤可以传输多路信号。
(5)适用于恶劣环境。光纤是一种电介质,耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰,可用于其它传感器所不适应的恶劣环境中。
此外,光纤传感器还具有质量轻、体积小、可绕曲、测量对象广泛、复用性好、成本低等特点。光纤传感器的应用正是由于光纤传感器拥有如此之多的优点,使得其应用领域非常广泛,涉及石油化工、电力、医学、土木工程等诸多领域。
福州华光天锐的光纤传感器完全胜任电传感和一般光纤传感无法完成的高端市场对超远距离、超高精度和超高敏感的更高需求。
与传统传感技术相比,基于光纤的传感器主要有如下几大优势:
1、重量轻、结构紧凑、易多路重复使用;
2、抗恶劣环境、抗电磁干扰以及抗化学腐蚀;
3、在传感点无需用电、可以长距离分布式传感;
4、可低成本大规模生产
继光纤通讯后,光纤传感也迎来了重要的发展契机。其在安保、军事、石油/天然气、电力以及科学研究方面具有广泛而巨大的应用价值,前途不可限量。
光纤测温的传输光纤一般为石英光纤,其具有耐腐蚀及寿命长的特性,通常可以服役30年。综合考虑传感器的自身成本以及以后的维护费用,使用光纤传感器可以大大降低整个工程的最终经营成本。
光纤系统与电子系统相比,优势主要体现在传感器的安全性高、稳定性较好及寿命长。应用领域主要为电力系统(地埋、架空线)、消防系统(交通隧道)、桥梁、石化(管道、站场/阀室)、水利等。现阶段最热门是分布式光纤振动探测技术,应用在各种安防领域。在个别细分市场已逐步替代掉主/被动红外对射、激光对射、泄露电缆及振动电缆等技术。光纤传感器结构简单,精度高,灵敏度高,且在许多环境下便于实现,目前非常热门。
非接触式温度传感器缺点:1、容易受到环境因素干扰,例如热辐射2、不容易实现对目标的长期连续测量。
接触式温度传感器优点:测量稳定、精度高 ;缺点非接触式温度传感器的优点反过来就是接触式的缺点。
热型红外传感器:优点是可常温动作下操作,波长依存性并不存在,造价便宜;缺点是感度低、响应慢。
量子型红外传感器:优点是感度高、响应快速;缺点是必须冷却(液体氮气) 、有波长依存性、价格偏高。
超声波传感器:优点是具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点;缺点是有三角误差存在,容易受到噪音影响。
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光纤传感器的优势:光纤传感器的优点_光纤传感器的分类

  光纤传感器
  光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器,在调制器内与外界被测参数的相互作用, 使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化,成为被调制的光信号,再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。整个过程中,光束经由光纤导入,通过调制器后再射出,其中光纤的作用首先是传输光束,其次是起到光调制器的作用。
  光纤传感器的优点
  1、电绝缘性能好,安全可靠:光纤本身是由电介质构成的,适宜于在易燃易爆的油、气、化工生产中使用。
  2、抗电磁干扰:一般电磁辐射的频率比光波低许多,所以在光纤中传输的光信号不受电磁干扰的影响。
  3、体积小、重量轻,几何形状可塑。
  4、传输损耗小,传输容量大:可实现远距离遥控监测和多点分布式测量。
  5、耐腐蚀,化学性能稳定:由于制作光纤的材料——石英具有极高的化学稳定性,因此光纤传感器适宜于在较恶劣环境中使用。
  6、传感器端无需供电,是无源器件,将传输与传感集合到一体。
  光纤传感器对比传统传感器的优点
  (1)灵敏度高
  由于光是一种波长极短的电磁波,通过光的相位便得到其光学长度。以光纤干涉仪为例,由于所使用的光纤直径很小,受到微小的机械外力的作用或温度变化时其光学长度要发生变化,从而引起较大的相位变化。假设用10米的光纤,l℃的变化引起1000ard的相位变化,若能够检测出的最小相位变化为0.01ard,那么所能测出的最小温度变化为l0℃,可见其灵敏度之高。
  (2)抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全由于光纤传感器是利用光波传输信息,而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输媒质,并且安全可靠,这使它可以方便有效地用于各种大型机电、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。
  (3)测量速度快
  光的传播速度最快且能传送二维信息,因此可用于高速测量。对雷达等信号的分析要求具有极高的检测速率,应用电子学的方法难以实现,利用光的衍射现象的高速频谱分析便可解决。
  (4)信息容量大
  被测信号以光波为载体,而光的频率极高,所容纳的频带很宽,同一根光纤可以传输多路信号。
  (5)适用于恶劣环境
  光纤是一种电介质,耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰,可用于其它传感器所不适应的恶劣环境中。
  
  光纤传感器的分类
  1、位调制型光纤传感器
  基本原理是:在被测能量场的作用下,光纤内的光波的相位发生变化,再用干涉测量技术将相位的变化转换成光强的变化,从而检测到待测的物理量。相位调制型光纤传感器的优点是具有极高的灵敏度,动态测量范围大,同时响应速度也快,其缺点是对光源要求比较高同时对检测系统的精密度要求也比较高,因此成本相应较高。目前主要的应用领域为:利用光弹效应的声、压力或振动传感器;利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器;利用电致伸缩的电场、电压传感器;利用赛格纳克效应的旋转角速度传感器(光纤陀螺)等。
  2、度调制型光纤传感器
  基本原理是待测物理量引起光纤中传输光光强的变化,通过检测光强的变化实现对待测量的测量。一恒定光源发出的一定强度的激光注入传感头,在传感头内,光在被测信号的作用下其强度发生了变化,即受到了外场的调制,使得输出光强的包络线与被测信号的形状一样,光电探测器测出的输出电流也作同样的调制,信号处理电路再检测出调制信号,就得到了被测信号。这类传感器的优点是结构简单、成本低、容易实现,因此开发应用的比较早,现在已经成功的应用在位移、压力、表面粗糙度、加速度、间隙、力、液位、振动、辐射等的测量。强度调制的方式很多,大致可分为反射式强度调制、透射式强度调制、光模式强度调制以及折射率和吸收系数强度调制等等。一般反射式强度调制、透射式强度调制、折射率强度调制称为外调制式,光模式称为内调制式。但是由于原理的限制,它易受光源波动和连接器损耗变化等的影响,因此这种传感器只能用于干扰源较小的场合。
  3、振态调制型光纤传感器
  基本原理是利用光的偏振态的变化来传递被测对象信息。光波是一种横波,它的光矢量是与传播方向垂直的。如果光波的光矢量方向始终不变,只是它的大小随相位改变,这样的光称为是线偏振光。光矢量与光的传播方向组成的平面为线偏振光的振动面。如果光矢量的大小保持不变,而它的方向绕传播方向均匀的转动,光矢量末端的轨迹是一个圆,这样的光称为圆偏振光。如果光矢量的大小和方向都在有规律的变化,且光矢量的末端沿一个椭圆转动,这样的光称为椭圆偏振光。利用光波的偏振性质,可以制成偏振调制光纤传感器。在许多光纤系统中,尤其是包含单模光纤的那些系统,偏振起着重要的作用。许多物理效应都会影响或改变光的偏振状态,有些效应可引起双折射现象。所谓双折射现象就是对于光学性质随方向而异的一些晶体,一束入射光常分解为两束折射光的现象。光通过双折射媒质的相位延迟是输入光偏振状态的函数。偏振态调制光纤传感器检测灵敏度高,可避免光源强度变化的影响,而且相对相位调制光纤传感器结构简单、且调整方便。其主要应用领域为:利用法拉第效应的电流、磁场传感器;利用泡尔效应的电场、电压传感器;利用光弹效应的压力、振动或声传感器;利用双折射性的温度、压力、振动传感器。目前最主要的还是用于监测强电流。
  4、长调制型光纤传感器
  传统的波长调制型光纤传感器是利用传感探头的光谱特性随外界物理量变化的性质来实现的。此类传感器多为非功能型传感器。在波长调制的光纤探头中,光纤只是简单的作为导光用,即把入射光送往测量区,而将返回的调制光送往分析器。光纤波长探测技术的关键是光源和频谱分析器的良好性能,这对于传感系统的稳定性和分辨率起着决定性的影响。光光纤波长调制技术主要应用于医学、化学等领域。例如,对人体血气的分析、PH值检测、指示剂溶液浓度的化学分析、磷光和荧光现象分析、黑体辐射分析和法布里一珀罗滤光器等。
  而目前所称的波长调制型光纤传感器主要是指光纤布拉格光栅传感器(FBG)。可以毫不夸张的说,正是有了光纤光栅传感器,光纤传感器才真正开始从实验室邹向大规模的工程应用。
  5、率调制型光纤传感器
  其基本原理是利用运动物体反射或散射光的多普勒频移效应来检测其运动速度,即光频率与光接收器和光源间运动状态有关。当它们相对静止时,接收到光的振荡频率;当它们之间有相对运动时,接收到的光频率与其振荡频率发生频移,频移大小与相对运动速度大小和方向有关。因此,这种传感器多用于测量物体运动速度。频率调制还有一些其他方法,如某些材料的吸收和荧光现象随外界参量也发生频率变化,以及量子相互作用产生的布里渊和拉曼散射也是一种频率调制现象。其主要应用是测量流体流动,其它还有利用物质受强光照射时的拉曼散射构成的测量气体浓度或监测大气污染的气体传感器;利用光致发光的温度传感器等。

光纤传感器的优势:光纤传感器的八大优点和分布式光纤传感器的六大特点

原标题:光纤传感器的八大优点和分布式光纤传感器的六大特点

光纤传感器的特点和优势:

光纤传感器有极高的灵敏度和精度、固有的安全性好、抗电磁干扰、高绝缘强度、耐腐蚀、集传感与传输于一体、能与数字通信系统兼容等优点。概括如下:

(1)高灵敏度;

(2)轻细柔韧便于安装埋设;

(3)电绝缘性及化学稳定性。光纤本身是一种高绝缘、化学性能稳定的物质,适用于电力系统及化学系统中需要高压隔离和易燃易爆等恶劣的环境中;

(4)良好的安全性。光纤传感器是电无源的敏感元件,故应用于测量中时,不存在漏电及电击等安全隐患;

(5)抗电磁干扰。一般情况下光波频率比电磁辐射频率高,因此光在光纤中传播不会受到电磁噪声的影响;

(6)可分布式测量。一根光纤可以实现长距离连续测控,能准确测出任一点上的应变、损伤、振动和温度等信息,并由此形成具备很大范围内的监测区域,提高对环境的检测水平;

(7)使用寿命长。光纤的主要材料是石英玻璃,外裹高分子材料的包层,这使得它具有相对于金属传感器更大的耐久性;

(8)传输容量大。以光纤为母线,用传输大容量的光纤代替笨重的多芯水下电缆采集收纳各感知点的信息,并且通过复用技术,来实现对分布式的光纤传感器监测

分布式光纤传感器

分布式光纤传感技术是在70年代末提出的,它是随着现在光纤工程中仍应用十分广泛的光时域反射(OTDR)技术的出现而发展起来的。在这十几年里,产生了一系列分布式光纤传感机理和测量系统,并在多个领域得以逐步应用。目前,这项技术已成为光纤传感技术中最具前途的技术之一。

分布式光纤传感器是采用独特的分布式光纤探测技术,对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化信息进行测量或监控的传感器。利用光波在光纤中传输的特性,可沿光纤长度方向连续的传感被测量(如温度、压力、应力和应变等),光纤既是传感介质,又是被测量的传输介质。它将传感光纤沿场排布,可以同时获得被测场的空间分布和随时间的变化信息,

分布式光纤传感器有以下一些特点:

1)分布式光纤传感系统中的传感元件仅为光纤;

2)一次测量就可以获取整个光纤区域内被测量的一维分布图,将光纤架设成光栅状,就可测定被测量的二维和三维分布情况;

3)系统的空间分辨力一般在米的量级,因而对被测量在更窄范围的变化一般只能观测其平均值;

4)系统的测量精度与空间分辨力一般存在相互制约关系;

5)检测信号一般较微弱,因而要求信号处理系统具有较高的信噪比;

6)由于在检测过程中需进行大量的信号加法平均、频率的扫描、相位的跟踪等处理,因而实现一次完整的测量需较长的时间。

由于光纤电缆不易被电磁干扰,因此,分布式光纤温度传感系统通常用于电力电缆热点区位的温度监控和测量。对恶劣环境的把握和管理以及改善野外作业环境需求是促进分布式光纤温度传感系统市场稳定增长的主要原因。同时,传感器电缆部署的技术难题也是这一市场发展面临的主要障碍。随着应用越来越广泛,现在分布式光纤传感器主要用于6大领域,包括管道和近海石油平台等的结构检测;液体管道和大坝的渗漏探测;路面结冰探测、铁路监测;安全系统探测、电力电缆监视;光纤通信生产监测;环境监测和长期温度测量。

最后给大家介绍工采网从国外进口的三款功能各样的光纤传感器,首先是光纤温度传感器 - FOT-L-SD,这是一类非常适合在极端环境下测量温度的光纤温度传感器,这种极端环境包括低温、核环境、微波和高强度的RF等。FOT-L集所有您期望从理想传感器器身获取的优良特性于一体。因此,即使在极端温度和不利的环境下,这类传感器依然能够提供高精度和可靠的温度测量。

再来是光纤压力传感器 - FOP-M,FOP-M是专门为宇航和国防的高温领域而设计。FOP-M可以承受150℃ (302°F)的高温。与大多数的传统压力传感器设计不同,FOP-M采用独特的硅晶体振动膜的偏转设计。FOP-M是苛刻环境压力测量最好的选择。传感器完全不受电磁和射频干扰,内在可靠性适用于危险和高温环境。

最后是光纤折射率传感器 - FRI,是一款独特的传感器设计基于冲液Fabry-Perot光学腔体的长度变化,以精确测定流体的折射率。冲液Fabry-Perot光学腔体的长度与流体样品的折射率呈正比 。因此,采用白光干涉技术测量Fabry-Perot腔体长度,即可测定折射率。即使在恶劣的温度、EMI、湿度环境和多变的简易标定情况下,光纤信号调理器依然具备测量折射率的能力。FRI光纤折射率传感器为业内现有应用提供了更好更可靠的折射率测量,同时,该传感器也具备恶劣条件下持续在线监控流体折射率的新扩展能力。返回搜狐,查看更多

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