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(3)频率调制型光纤传感器
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。
(4)偏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。
(5)波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。
四、光纤传感器的优点
无论采用何种调制方法,光纤传感器与传统传感器相比有一系列独特的优点:
(1)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。
(2)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。
(3)传感器端无需供电,是无源器件,将传输与传感集合到一体。
(4)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。
(5)体积小、重量轻,几何形状可塑。
(6)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。
延伸阅读:光纤传感技术及其应用详述
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