光纤传感器的应用及特点

 

什么是光纤传感器？

光纤传感器使用由树脂或石英玻璃制成的细纤维光纤的内部作为光波导，并利用它在制造现场进行各种传感。

光纤传感器以其灵活、细的电缆和小型传感头具有能够检测细小物体和狭窄空间的特点，并且由于不受电磁干扰的影响，适合在大范围的环境中进行检测。根据光纤膜套材质的不同，可以在高温环境或有油或化学品的现场使用。

光纤传感器的应用

光纤传感器的主要应用是物体检测。可以检测光照射的检测区域内是否有物体、通过情况、移动速度等。

由于它通过阻挡或反射光来检测光，因此不仅可以检测金属，还可以检测木材和树脂等一般固体以及透明玻璃等的存在和颜色，从而可以检测一般非广泛应用于狭小空间内极小产品的检测定位等各种制造现场。

此外，除了能够检测固体之外，还能够检测液体、应变和温度，以非接触方式测量流过导体的电流的电流传感器也已投入实际应用。

光纤传感器结构

光纤传感器由在光通过时发射光的电缆状光纤单元、由光源和具有光放大功能的光纤放大器组成的发光部分、以及接收光的光接收部分组成。 。

位于光纤单元中心的光纤由双层结构组成，该双层结构由主要由石英玻璃或塑料制成的高折射率中心纤芯和围绕其的低折射率包层组成。利用光的全内反射现象作为光波导。

光纤放大器主要由光放大器和发光元件与受光元件之间的检测电路组成，掺稀土光纤作为最重要的光放大介质，通过放大光来进行检测。通过这些功能，某些产品能够调整灵敏度并设置或更改阈值。

光纤传感器大致分为光纤单元与光纤放大器分离型和光纤放大器内置型，其检测方式有透射式、反射式、回归反射式、有限反射式等，传感器头形状也多种多样。实现大范围的检测。

光纤传感器原理

光纤传感器基于从发光部发出的光的信息(波长、光强度)和由受光部接收到的光的信息来进行各种检测。

1. 一般物体检测

这是当从发光部分到受光部分的光被阻挡时检测物体存在或不存在的最基本的检测原理。另外，也可以通过在发光部侧设置受光单元来检测短时间的经过，并测定反射时间，测定物体的移动速度。

玻璃等透明物体由于光线透过而难以检测，但可以通过高精度测量因表面（空气⇔玻璃）折射率变化而引起的光量变化来检测。

2、液体检测

光纤传感器不仅可用于检测固体，还可利用液体折射光的特性来检测液体。

管安装型从管壁表面发光。当管内没有液体时，光直线传播，当有液体时，光发生折射，进入受光侧。这可以检测液体的存在或不存在。这种类型可以检测透明液体，但不能检测阻挡光线的不透明液体。

在湿式中，发射器和接收器平行安装在带有锥形。尖端的 当湿润时，折射率会发生变化并且光不会返回。这将检测液体接触。

这样，光纤传感器就可以用来检测液体的存在、液位和漏水情况。许多树脂管采用基于聚四氟乙烯的液体检测材料制成，可用于化学溶液和高温水，使其适用于广泛的应用。

3.颜色检测

物体的颜色是由反射光的波长分布根据照射光的波长（颜色）的反射率和折射率来确定的。这可用于通过光纤传感器检测颜色。

4. 温度和应变检测

光纤在径向上具有纤芯部分和包层部分的双重结构，但通过在制造过程中照射特殊的紫外光，可以在轴向上以规则间隔形成具有不同折射率的区域，从而可以产生和称为光纤布拉格光栅（FBG）。此时，光纤的图像是一系列两端带有FBG的圆柱体。

由于FBG根据产生的间距和折射率仅反射特定波长，因此当光纤因温度变化而膨胀和收缩时，反射光的波长以及反射光返回所需的时间会发生变化。这使得它可以用作温度传感器。

它也可以用作应变传感器，因为当安装在结构上时，纤维长度会根据结构的应变而变化。除了大型建筑物、隧道、管道等外，还应用于不断施加外力的结构，例如海上风力发电，它是可再生能源之一。当连接重物时，由于重物移动时施加的加速力，光纤的长度会发生变化，因此也可以用作加速度传感器。

5、电流值检测

光纤传感器利用法拉第效应检测电流值。当电流流过导体时，根据右手螺旋定则会产生同心磁场。法拉第效应是沿着该磁场穿过光纤的光的偏振面根据磁场的强度而旋转的现象。通过测量该偏振面的旋转角度来检测电流值。

有关光纤传感器的更多信息

关于光纤放大器

光纤传感器一般使用LED光，通过光纤将光传送至检测部，并使用透镜等进行照射。该传感器的一个常见问题是 LED 灯随着时间的推移而退化，以及镜头上附着污垢。在这种情况下，照射光的强度会降低，导致误检测和设备故障，因此使用光纤放大器。

光纤放大器的功能是自动检测光强度的下降并具有自动修正的功能，它检测LED灯的老化情况并相应增加输出，以保持光强度恒定。另外，物体检测不是通过光强度的减少量而是通过减少的速率来设置，并且通过判断发光和光接收的相对光强度比来进行自动校正。

就这样，弥补光纤传感器缺点的产品和功能不断被开发出来，利用好它们，就可以防患于未然。