光纖傳感器的原理和分類及其屬性

纖維光柵傳感器是光纖傳感器的一種，光纖傳感器主要基于光纖網(wǎng)格的傳感過程，通過外部物理參數(shù)調(diào)制光纖布拉格的波長來獲得傳感信息，是波長調(diào)制型光纖傳感器。

由于光纖光柵與光纖之間的自然兼容性，很容易將多個光纖光柵串聯(lián)在一個光纖上形成光纖光柵陣列，實現(xiàn)準(zhǔn)分布式傳感。此外，光纖光柵具有普通光纖的許多優(yōu)點，其傳感信號是波長調(diào)制的。測量信號不受光源波動、光纖彎曲損耗、光源功率波動和系統(tǒng)損耗的影響。因此，光纖光柵在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用引起了世界各國相關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注和極大興趣。如今，光纖光柵傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴大。現(xiàn)在，人們已經(jīng)逐漸應(yīng)用于各種物理量的測量，形成各種傳感器。

光纖網(wǎng)格傳感器的分類。

這些傳感器主要包括光纖格柵應(yīng)變傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器等。

光纖網(wǎng)格應(yīng)變傳感器及其原理。

這種傳感器是工程領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的光纖傳感器。應(yīng)變直接影響光纖光柵的波長漂移。當(dāng)工作環(huán)境良好或待測結(jié)構(gòu)要求較小的傳感器時，人們將裸光纖光柵作為應(yīng)變傳感器直接粘貼在待測結(jié)構(gòu)的表面或埋設(shè)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部。由于光纖光柵脆弱，在惡劣的工作環(huán)境中容易損壞，因此需要包裝后才能使用。目前常用的包裝方式主要有基板式、管式和基于管式的兩端夾持式。

溫度是國際單位制給出的基本物理量之一，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗中需要定期測量和控制的主要參數(shù)，也是與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的重要物理量。目前常用的電氣溫度傳感器主要是熱電偶溫度傳感器和熱敏電阻溫度傳感器。與傳統(tǒng)傳感器相比，光纖溫度傳感器具有靈敏度高、體積小、耐腐蝕、抗電磁輻射、光路彎曲、易遙測等諸多優(yōu)點。基于光纖光柵技術(shù)的溫度傳感器采用波長編碼技術(shù)，消除了光源功率波動和系統(tǒng)損耗的影響，適合長期監(jiān)測；而且由多個光纖光柵組成的溫度傳感系統(tǒng)采用一根光纜，可以實現(xiàn)準(zhǔn)分布測量。溫度也是直接影響光纖光柵波長變化的因素，人們經(jīng)常直接將裸光纖光柵作為溫度傳感器直接應(yīng)用。與光纖光柵應(yīng)變傳感器一樣，光纖光柵應(yīng)變傳感器一樣，光柵應(yīng)變傳感器應(yīng)變溫度傳感器也需要采用一根光纜，因此可以實現(xiàn)準(zhǔn)分布測量。

研究者們對光纖光柵的位移測量進行了研究，目前，這些研究都是通過測量懸臂梁表面的應(yīng)變，然后通過計算得到懸臂梁的垂直變形，即懸臂梁端部的垂直位移。這種位移傳感器不是真正意義上的位移傳感器。目前，該傳感器已在實際工程中得到應(yīng)用，在中國也有商業(yè)產(chǎn)品。

此前，專家利用光纖光柵的壓力效應(yīng)設(shè)計了光纖光柵振動加速度計。轉(zhuǎn)換器由質(zhì)量板、基板和復(fù)合材料組成。質(zhì)量板和基板是6毫米厚的鋁板，基板作為剛性板起支撐作用，中間8毫米厚的復(fù)合材料夾在兩個鋁板之間起彈簧作用。在質(zhì)量塊的慣性力作用下，埋在復(fù)合材料中的光纖光柵受到橫向力的影響，導(dǎo)致光纖光柵布拉格波長的變化。采用非平衡M-Z干涉儀解決光纖光柵應(yīng)變與加速度的關(guān)系。加速度傳感器由兩個矩形梁和一個質(zhì)量塊組成，質(zhì)量塊通過點接觸焊接在兩個平行梁之間，光纖光柵貼在第二個矩形梁的下表面。當(dāng)傳感器受到振動時，質(zhì)量塊帶動兩個矩形梁振動，傳遞給光纖光柵。

拉力或壓力的監(jiān)測也是監(jiān)測的重要組成部分，如橋梁結(jié)構(gòu)拉索的整體拉力、高緯度海洋平臺的冰壓、道路土壤壓力、水壓等。哈爾濱工業(yè)大學(xué)歐進萍等人相繼開發(fā)了光纖光柵拉索壓力環(huán)和光纖光柵冰壓力傳感器。光纖光柵油氣井壓力傳感器的研究也相繼開始。

深圳力準(zhǔn)傳感技術(shù)有限公司是集生產(chǎn)、銷售、售后服務(wù)為一體的綜合技術(shù)創(chuàng)新企業(yè)，擁有多種高精度三維力傳感器、三軸力傳感器、扭矩傳感器、稱重傳感器和柱式傳感器。

主要產(chǎn)品有稱重、測力、壓力、扭矩傳感器等。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車制造、紡織、電子、油田、化工、交通、建材、航空航天、機械加工、能源、環(huán)境保護、醫(yī)療、等領(lǐng)域的自動化工程檢測和過程控制。

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