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：芯(xin)，包(bao)層(ceng)和(he)緩(huan)衝(chong)塗(tu)層(ceng)。包(bao)層(ceng)將(jiang)雜(za)散(san)光(guang)反(fan)射(she)回(hui)核(he)心(xin)，確(que)保(bao)通(tong)過(guo)核(he)心(xin)傳(chuan)輸(shu)，同(tong)時(shi)光(guang)線(xian)損(sun)失(shi)最(zui)小(xiao)。這(zhe)是(shi)通(tong)過(guo)確(que)保(bao)芯(xin)材(cai)料(liao)具(ju)有(you)比(bi)包(bao)層(ceng)更(geng)高(gao)的(de)折(zhe)射(she)率(lv)來(lai)實(shi)現(xian)的(de)，從(cong)而(er)引(yin)起(qi)光(guang)的(de)完(wan)全(quan)內(nei)反(fan)射(she)。外(wai)部(bu)緩(huan)衝(chong)塗(tu)層(ceng)可(ke)保(bao)護(hu)光(guang)纖(xian)免(mian)受(shou)外(wai)部(bu)條(tiao)件(jian)和(he)物(wu)理(li)損(sun)壞(huai)。它(ta)可(ke)以(yi)包(bao)含(han)許(xu)多(duo)層(ceng)，具(ju)體(ti)取(qu)決(jue)於(yu)所(suo)需(xu)的(de)堅(jian)固(gu)程(cheng)度(du)。

 

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

 

renheyizhizainulijiejuezaoyinguolv，pingbi，buxianwentihuochuanganqisunhuaiwentiderendoukeyigaosunin，dianzichuanganqiyouyixieyingyongnanyishiying。shiyongdianzichuanganqishiyudaodesigezuijishoudetiaozhanshizaidianqielietiaojianxiabaochikekaoxing，diyueliehuanjingzhongdetuihua，shiyongduogechuanganqijingjidijiancedamianjiquyu，yijijiangchuantongchuanganqianzhuangdaoshouxiankongjianzhong。tongguoshiyongguangxianchuanganqierbushidianchuanganqikeyijiejuezhexiejishouwentizhongdemeiyige。

 

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AC電dian源yuan，特te別bie容rong易yi失shi真zhen。這zhe些xie環huan境jing通tong常chang包bao括kuo高gao壓ya組zu件jian
，這zhe些xie組zu件jian可ke能neng會hui損sun壞huai甚shen至zhi破po壞huai傳chuan統tong的de傳chuan感gan器qi係xi統tong。過guo濾lv和he隔ge離li儀yi器qi可ke以yi在zai一yi定ding程cheng度du上shang降jiang低di高gaoEMI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
，並(bing)且(qie)完(wan)全(quan)不(bu)受(shou)環(huan)境(jing)中(zhong)高(gao)壓(ya)或(huo)電(dian)流(liu)的(de)影(ying)響(xiang)。例(li)如(ru)，您(nin)可(ke)以(yi)將(jiang)光(guang)纖(xian)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)直(zhi)接(jie)連(lian)接(jie)到(dao)超(chao)高(gao)功(gong)率(lv)組(zu)件(jian)，例(li)如(ru)電(dian)機(ji)繞(rao)組(zu)，變(bian)壓(ya)器(qi)和(he)電(dian)源(yuan)線(xian)，以(yi)便(bian)在(zai)運(yun)行(xing)期(qi)間(jian)進(jin)行(xing)高(gao)精(jing)度(du)熱(re)特(te)性(xing)分(fen)析(xi)。

 

 

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