光學傳感基礎知識

 

傳(chuan)統(tong)的(de)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)使(shi)用(yong)傳(chuan)感(gan)器(qi)將(jiang)物(wu)理(li)現(xian)象(xiang)轉(zhuan)換(huan)為(wei)電(dian)信(xin)號(hao)，然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)係(xi)統(tong)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)調(tiao)節(jie)，數(shu)字(zi)化(hua)和(he)縮(suo)放(fang)至(zhi)預(yu)期(qi)值(zhi)。盡(jin)管(guan)它(ta)們(men)無(wu)處(chu)不(bu)在(zai)
，但(dan)這(zhe)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)具(ju)有(you)固(gu)有(you)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)

，並(bing)且(qie)在(zai)某(mou)些(xie)類(lei)型(xing)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)使(shi)用(yong)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)不(bu)切(qie)實(shi)際(ji)的(de)，如(ru)果(guo)不(bu)是(shi)完(wan)全(quan)不(bu)可(ke)能(neng)的(de)話(hua)。光(guang)纖(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)為(wei)這(zhe)些(xie)挑(tiao)戰(zhan)提(ti)供(gong)了(le)出(chu)色(se)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。

 

從cong根gen本ben上shang說shuo

，光guang纖xian傳chuan感gan器qi的de工gong作zuo方fang式shi與yu電dian氣qi傳chuan感gan器qi類lei似si
，但dan使shi用yong光guang而er不bu是shi電dian和he玻bo璃li纖xian維wei代dai替ti銅tong線xian。在zai電dian傳chuan感gan器qi可ke以yi調tiao節jie諸zhu如ru電dian流liu
，電dian阻zu或huo電dian壓ya的de電dian特te性xing的de情qing況kuang下xia，光guang纖xian傳chuan感gan器qi調tiao製zhi光guang的de一yi個ge或huo多duo個ge屬shu性xing，包bao括kuo強qiang度du，相xiang位wei，偏pian振zhen或huo波bo長chang。

 

光學傳感技術取決於光纖 - 一種比人類頭發更薄的玻璃，在其核心內傳輸光。該光纖由三個主要部分組成：xin
，baocenghehuanchongtuceng。baocengjiangzasanguangfanshehuihexin
，quebaotongguohexinchuanshu
，tongshiguangxiansunshizuixiao。zheshitongguoquebaoxincailiaojuyoubibaocenggenggaodezheshelvlaishixiande

，congeryinqiguangdewanquanneifanshe。waibuhuanchongtucengkebaohuguangxianmianshouwaibutiaojianhewulisunhuai。takeyibaohanxuduoceng，jutiqujueyusuoxudejianguchengdu。

 

圖1：典型光纖的橫截麵

 

 

盡管存在許多類型的光纖傳感器
，但最常用的是光纖布拉格光柵（FBG）。布拉格光柵是折射率的變化
，它們以稱為光柵周期的周期性間隔“寫入”光纖的纖芯內。當輸入光信號照射到FBG上時
，光柵之間的間隔導致每個光柵的反射相長幹涉並反射特定波長的光
，稱為布拉格波長（見圖2）。

 

 

圖2：FBG光學傳感器的操作

 

應變和溫度的變化影響FBG的有效折射率（ne）和光柵周期（Λ），這導致根據下麵的等式1的反射布拉格波長（B）的偏移。因此

，可以測量波長偏移以確定應變和/或溫度的相應變化。由於應變和溫度都會影響布拉格波長（從而影響測量）
，因此溫度補償是大溫度或應變範圍測試的重要考慮因素。

 

 

FBG可以製造成具有各種光柵周期並因此具有各種布拉格波長，使得同一光纖上的不同FBG傳感器能夠反射獨特的光波長。這使得每個波長在光譜範圍內彼此可區分。基於它們各自的布拉格波長在同一光纖上區分FBG的過程稱為波分複用。隻要與每次測量相關的波長偏移不會導致一個FBG傳感器的布拉格波長跨越另一個FBG傳感器的布拉格波長，同一光纖上的數十個傳感器就可以進行獨立測量。

 

用光學傳感解決問題

 

任(ren)何(he)一(yi)直(zhi)在(zai)努(nu)力(li)解(jie)決(jue)噪(zao)音(yin)過(guo)濾(lv)

，屏(ping)蔽(bi)，布(bu)線(xian)問(wen)題(ti)或(huo)傳(chuan)感(gan)器(qi)損(sun)壞(huai)問(wen)題(ti)的(de)人(ren)都(dou)可(ke)以(yi)告(gao)訴(su)您(nin)，電(dian)子(zi)傳(chuan)感(gan)器(qi)有(you)一(yi)些(xie)應(ying)用(yong)難(nan)以(yi)適(shi)應(ying)。使(shi)用(yong)電(dian)子(zi)傳(chuan)感(gan)器(qi)時(shi)遇(yu)到(dao)的(de)四(si)個(ge)最(zui)棘(ji)手(shou)的(de)挑(tiao)戰(zhan)是(shi)在(zai)電(dian)氣(qi)惡(e)劣(lie)條(tiao)件(jian)下(xia)保(bao)持(chi)可(ke)靠(kao)性(xing)，抵(di)禦(yu)惡(e)劣(lie)環(huan)境(jing)中(zhong)的(de)退(tui)化(hua)
，使(shi)用(yong)多(duo)個(ge)傳(chuan)感(gan)器(qi)經(jing)濟(ji)地(di)檢(jian)測(ce)大(da)麵(mian)積(ji)區(qu)域(yu)，以(yi)及(ji)將(jiang)傳(chuan)統(tong)傳(chuan)感(gan)器(qi)安(an)裝(zhuang)到(dao)受(shou)限(xian)空(kong)間(jian)中(zhong)。通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)光(guang)纖(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)而(er)不(bu)是(shi)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)解(jie)決(jue)這(zhe)些(xie)棘(ji)手(shou)問(wen)題(ti)中(zhong)的(de)每(mei)一(yi)個(ge)。

 

高電磁幹擾和高壓環境

 

電磁幹擾（EMI）是電傳感器係統最常見的測量誤差和故障源之一。在高EMI情況下的電傳感器信號測量，例如近大功率發電機，電動機或其他ACdianyuan，tebierongyishizhen。zhexiehuanjingtongchangbaokuogaoyazujian，zhexiezujiankenenghuisunhuaishenzhipohuaichuantongdechuanganqixitong。guolvhegeliyiqikeyizaiyidingchengdushangjiangdigaoEMI和高電壓的風險
，但它們具有有限的噪聲抑製和隔離級別。

 

同樣，光纖傳感器由玻璃製成，並且完全不導電且電無源。這使得它們甚至可以抵抗最高水平的EMI，bingqiewanquanbushouhuanjingzhonggaoyahuodianliudeyingxiang。liru，ninkeyijiangguangxianwenduchuanganqizhijielianjiedaochaogaogonglvzujian
，lirudianjiraozu，bianyaqihedianyuanxian，yibianzaiyunxingqijianjinxinggaojingduretexingfenxi。

 

 

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