光纤式传感器
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光纤传感器的工作原理
光纤传感器是一种对光强度十分敏感的新型传感器,它具有体积小、重量轻、耐环境性能好、测量范围大、非接触性强、使用省电等优点。
它是将一种特定的光学纤维绑成特定形状,然后集成到传感器系统中的一种传感器,光纤的内部反射的特性使其具有传输光信号的能力。
光纤传感器的基本原理就是光学纤维将环境中的外界信号转换成光信号,再通过光学纤维传递到测量终端,在终端处可以进行判断和处理,根据处理结果,通过电信号来控制外界装置,最终实现测试目标。
其传输特性本质上是把光变换成电,从而实现检测和测量,从而达到实现自动控制的目的。
光纤传感器的传感原理有分光原理、多模传感原理和非分光原理。
其中,分光传感原理是依靠多色拓扑不同的光纤把被检测物体表面的能量分解成不同波长的光信号,不同波长的光源在光纤上传播时,会被表面反射形成不同光强度的光信号;而多模传感原理则是由一根光纤传感器得到物体表面的温度、光、压力和其他物理量信号,通过光纤得到物体表面的反射特性,通过特定的滤波器提取出指定的物理信号;最后,非分光原理是把光纤上不同光强度的信号通过传感器转换为电信号,根据电信号的强弱来控制外部的装置,实现物理量的监控和控制。
总之,光纤传感器的传感原理既具有灵敏度又具有稳定性,是一种普遍应用于工业检测、检验和测量等领域中皆有广泛运用的特殊传感器。
光纤传感器基本原理
光纤传感器基本原理是利用光纤的特殊性质,将光信号转换为电信号。
在光纤传感器中,光源发出的光经过光纤传播,在光纤的某一点与外界的物理量进行相互作用后,光信号发生变化。
传感器的探测部分是光纤的一段,在传感区域内,光信号的幅度、相位、频率等参数会随着被测量的物理量发生变化。
光纤传感器的工作原理基于光的干涉、散射、吸收等现象。
其中,基于光纤干涉原理的传感器是最常见的类型。
这类光纤传感器一般采用法布里-珀罗特(F-P)干涉仪的结构。
当光纤中
的光信号遇到传感器传感区域的物理量变化时,传感区域的折射率发生改变,导致传感区中的干涉光程差发生变化。
这一变化会通过反射回到光纤,进而对干涉光信号产生影响。
通过测量干涉光信号的变化,可以推断出传感区域中物理量的变化情况。
除了光纤干涉原理外,还有其他一些基于光纤散射和吸收的传感器原理。
光纤散射传感器是利用光在光纤中发生散射的特性,通过测量光的散射强度或相位变化来得到物理量的信息。
光纤吸收传感器则是利用光在光纤中被介质吸收的特性,通过测量吸收光信号的强度变化来推断物理量的变化。
光纤传感器具有体积小、响应速度快、抗电磁干扰强等优点,广泛应用于温度、压力、拉力、位移等物理量的测量领域。
随着技术的不断进步,光纤传感器的精度和可靠性也在不断提高,为工业自动化、医疗、环境监测等领域的应用提供了可靠的检测手段。
光纤传感器分为几大类
光纤传感器分类
根据光纤在传感器中的作用分
1、功能型(全光纤型)光纤传感器
利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)作传感元件,将“传”和“感”合为一体的传感器。
光纤不仅起传光作用,而且还利用光纤在外界因素(弯曲、相变)的作用下,其光学特性(光强、相位、偏振态等)的变化来实现“传”和“感”的功能。
因此,传感器中光纤是连续的。
由于光纤连续,增加其长度,可提高灵敏度。
2、非功能型(或称传光型)光纤传感器
光纤仅起导光作用,只“传”不“感”,对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。
光纤不连续。
此类光纤传感器无需特殊光纤及其他特殊技术,比较容易实现,成本低。
但灵敏度也较低,用于对灵敏度要求不太高的场合。
11光控定位光纤开关——光纤式传感器的测试项目描述•光纤开关与定尺寸检测装置是利用光纤中光强度的跳变来测出各种移动物体的极端位置,如定尺寸、定位、记数等。
特别是用于小尺寸工件的某些尺寸的检测有其独特的优势。
如图11-1所示,当光纤发出的光穿过标志孔时,若无反射,说明电路板方向放置正确。
•通过本项目的学习。
•主要给大家介绍光纤•式传感器(简称光纤•传感器)工作原理及•相关传感器。
知识准备•光纤传感器的结构和原理•(一)光纤• 1. 光纤结构•光纤透明、纤细,虽比头发丝还细,却具有能把光封闭在其中,并沿轴向进行传播的特征。
中心的圆柱体叫作纤芯,围绕着纤芯的圆形外层叫作包层。
纤芯和包层主要由不同掺杂的石英玻璃制成。
光纤的结构光缆的外形及光纤的拉制各种装饰性光导纤维发光二极管产生多上海东方明珠种颜色的光线,通过光导纤维传导到东方明珠球体的表面。
在计算机控制下,可产生动态图案。
光纤的类型阶跃型:光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致,称为多模光纤。
梯度型:梯度型光纤的的折射率呈聚焦型,即在轴线上折射率最大,离开轴线则逐步降低,至纤芯区的边沿时,降低到与包层区一样。
常用光纤类型及参数如表所示。
纤芯直径包层直径 /m m /mm 类型 单模 折射率分布 数孔径 值 2~880~1250.10~0.15 多模阶跃光纤(玻璃)80~200100~2500.1~0.3 多模阶跃光纤(玻璃/塑料)200~1000230~12500.18~0.50 50~100125~1500.1~0.2 多模梯度光纤2.光纤的传输原理•(1)光的折射定律•当光由光密物质(折射率n)入射至光疏物质(折射率n)时12发生折射光的反射、折射当一束光线以一定的入射角θ1从介质1射到介质2的分界面上时,一部分能量反射回原介质;另一部分能量则透过分界面,在另一介质内继续传播。
光的全反射当减小入射角时,进入介质2的折射光与分界面的夹角将相应减小,将导致折射波只能在介质分界面上传播。
FU-35TZ是一款基恩士(KEYENCE)品牌的光纤传感器,它主要用于检测光的反射、透射或散射信号,从而实现对物体的位置、距离、速度等参数的测量。
该传感器具有高精度、高灵敏度、高速响应等特点,并广泛应用于工业自动化控制系统中。
FU-35TZ光纤传感器的原理基于光的反射和传输。
传感器由发光器、接收器和光纤组成。
发光器发出一束光,沿着光纤传输到被测物体上,并被物体反射。
反射光再次经过光纤传输到接收器,接收器将接收到的光信号转化为电信号,从而实现物体的检测和测量。
此外,FU-35TZ光纤传感器还具有以下特点:
1. 小光斑、小尺寸:光纤传感器的光斑较小,适用于精确检测。
2. 集成支架:便于安装和使用,可适应各种检测环境。
3. 高温、防水:能在高温或湿润环境下正常工作。
总之,FU-35TZ光纤传感器的原理主要是利用光纤传输和反射光信号,通过测量光信号的变化来实现对物体的检测和测量。
光纤传感器的基本原理光纤传感器是一种利用光纤作为传感元件的传感器,它通过测量光在光纤中传播时的变化来检测和测量物理量。
光纤传感器具有高精度、远距离传输、抗干扰等特点,在各种工业和科学领域得到广泛应用。
光纤传感器的基本原理是利用光的传输和调制特性。
光纤是一种具有高纯度的玻璃或塑料材料,其核心是一个非常细小的光传输通道。
光纤中的光传输主要通过光的全反射实现,光在光纤中沿一条直线方向传播。
当光束进入光纤时,由于光的全反射特性,光束基本上是在光纤中以折射的方式传播。
在光纤的表面,我们可以通过接入光源和探测器来操纵和感知光的特性。
光纤传感器可以通过许多不同的机制实现对物理量的检测。
其中最常用的是弯曲、拉伸和温度变化的传感器。
当光纤弯曲或拉伸时,光传输的路径和速度也会发生变化,从而改变光的特性。
基于这个原理,光纤传感器可以通过检测由弯曲或拉伸引起的光传输的变化来测量物理量。
此外,光纤传感器还可以通过利用光纤材料本身对温度的敏感性来实现对温度的测量。
在光纤传感器中,常用的光源有激光二极管和LED灯。
光线从光源发出,并进入光纤的入射端。
当光线进入光纤后,它会沿着光纤的传播路径传输。
在传输过程中,光线会与光纤的表面和内部结构发生相互作用,从而改变光的特性。
然后,经过光纤传输后的光线会到达光纤的出射端,然后通过光纤与探测器相连。
探测器是光纤传感器的核心部分之一,它负责检测光的变化并将其转换成可以量化的电信号。
常用的探测器有光电二极管和光敏电阻器。
当光线到达探测器时,探测器将光能转换为电能,并将其输出为电信号。
通过测量电信号的变化,我们可以确定光的特性,从而测量物理量。
光纤传感器的优点之一是其高灵敏度和高分辨率。
由于光的特性对传感器的测量结果有较高的影响,光纤传感器可以实现非常精确的测量。
此外,光纤传感器具有远距离传输能力,可以将传感信号传输到远离传感器的地方。
这对于一些需要在高温、高压或强辐射环境中进行测量的应用非常重要。
光纤传感器的工作原理
光纤传感器是一种利用光学原理进行测量的传感器,它能够通过光的传输和反
射来实现对环境参数的监测和测量。
光纤传感器的工作原理主要包括光的传输、光的衰减和光的检测三个方面。
首先,光纤传感器的工作原理涉及光的传输。
光纤是一种能够传输光信号的细
长光导纤维,它能够将光信号沿着光纤传输到需要监测的位置。
光纤的传输过程中,光信号会受到折射和反射的影响,从而实现对光信号的定向传输和控制。
其次,光纤传感器的工作原理还涉及光的衰减。
在光纤传输的过程中,光信号
会因为各种因素而逐渐衰减,比如光的散射、吸收和反射等。
通过对光信号衰减程度的测量,可以实现对环境参数的监测,比如温度、压力、湿度等。
最后,光纤传感器的工作原理还包括光的检测。
光纤传感器通常会在需要监测
的位置设置光检测器,用于接收经过光纤传输的光信号并将其转换成电信号。
通过对电信号的测量和分析,可以得到环境参数的具体数值,并实现对环境参数的实时监测和测量。
总的来说,光纤传感器的工作原理是基于光的传输、衰减和检测这三个基本过
程来实现的。
通过对这些过程的精确控制和测量,光纤传感器能够实现对环境参数的高精度监测和测量,具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点,因此在工业、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用前景。
光纤传感器的原理和应用光纤传感器是一种基于光纤技术的传感器,通过光纤的传输和延时特性来实现对物理量的测量和检测。
它具有高精度、快速响应、抗干扰能力强等优点,被广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。
本文将介绍光纤传感器的基本原理和常见的应用场景。
一、光纤传感器的基本原理光纤传感器是利用光纤波导结构的特性来实现物理量的测量和检测。
光纤波导是一种能够将光信号传送的导光器件,其核心部分是由折射率高于外部包层的光纤芯构成。
基于光的干涉、散射、吸收等特性,光纤传感器能够实现对温度、压力、位移、浓度等多种物理量的测量。
1. 光纤干涉型传感器光纤干涉型传感器是利用光的干涉效应来测量物理量的一种传感器。
光信号在光纤中传播时,受到温度、应变等物理量的影响,使得光的相位发生改变。
通过测量光的相位差,可以确定物理量的大小。
常见的光纤干涉型传感器有光纤布拉格光栅传感器、光纤干涉仪传感器等。
2. 光纤散射型传感器光纤散射型传感器是利用光在光纤中的散射效应来测量物理量的一种传感器。
光信号在光纤中传输时,会与光纤中的杂质或结构缺陷散射,通过测量散射光的特性来推断物理量的变化。
常见的光纤散射型传感器有光时域反射计传感器、拉曼散射光纤传感器等。
3. 光纤吸收型传感器光纤吸收型传感器是利用光在光纤中的吸收效应来测量物理量的一种传感器。
光信号在光纤中传输时,会被光纤材料吸收,通过测量吸收光的强度来判断物理量的变化。
常见的光纤吸收型传感器有红外光纤传感器、光纤化学传感器等。
二、光纤传感器的应用领域光纤传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点,被广泛应用于各个领域。
以下是几个典型的应用场景。
1. 工业自动化光纤传感器在工业自动化领域中,常用于测量温度、压力、液位等物理量,用于控制和监测生产过程。
例如,光纤温度传感器可以实时监测设备的温度变化,及时进行报警和控制;光纤压力传感器可以监测管道中的压力变化,用于流体控制和安全保护。
2. 医疗领域光纤传感器在医疗领域中,常用于生理参数的监测和诊断。
1、光纤传感器具有优良的传光性能,传光损耗很小,目前损耗能达到≤0.2dB/km的水平。
2、光纤传感器频带宽,可进行超高速测量,灵敏度和线性度好。
3、光纤传感器体积很小,重量轻,能在恶劣环境下进行非接触式、非破坏性以及远距离测量。
4、光纤传感器还具有灵敏度高、可靠性好、原材料硅资源韦富、抗电磁干扰,抗腐蚀、耐高压、电绝缘性能好、可绕曲、防爆、频带宽、损耗低等特点。
5、光纤传感器还便于与计算机相连,实现智能化和远距离监控。
对传统的传感器起到扩展提高的作用,不少情况下能够完成前者很难完成甚至不能完成的仟务。
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光纤式传感器工作原理
光纤式传感器是通过传感光纤将被测物理量(如温度、压力、湿度、光强等)转换为光信号,再经光学系统进行处理后输出的一种传感器。
这种传感器具有体积小、重量轻、不受电磁干扰、抗电磁干扰能力强等优点,可以对被测物理量进行远距离测量。
(1)干涉型光纤传感器。
当光纤中的光被反射或透射时,
会在光纤中产生干涉或衍射现象。
根据干涉原理,可将这种光信号转换为与之相对应的电信号,从而实现对被测物理量的测量。
(2)分布式光纤传感系统。
该系统由多个独立的光传感器
组成,各传感器都能独立地检测出被测物理量,并把它们送到一个计算机网络上进行信息交换。
当一个传感器受到破坏或故障时,其他传感器可以自动地检测出其故障并将其隔离开来,使整个系统仍然能够正常工作。
光纤式传感器具有以下特点:
(1)测量范围宽:可达10^8m/s~10^9m/s。
(2)可实现高精度测量:在-40~+80℃的温度范围内测量精度达到0.1℃。
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