德国施克SICK光纤传感器的原理,性能以及应用

德国施克sick光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器,在调制器内与外界被测参数的相互作用, 使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化,成为被调制的光信号,再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。整个过程中,光束经由光纤导入,通过调制器后再射出,其中光纤的作用首先是传输光束,其次是起到光调制器的作用。
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德国施克sick光纤传感器的原理:
光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器,使待测参数与进入调制区的光相互作用后,导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化,称为被调制的信号光,再利用被测量对光的传输特性施加的影响,完成测量。
光纤传感器的测量原理有两种。
(1)物性型光纤传感器原理,物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性,将输入物理量变换为调制的光信号。其工作原理基于光纤的光调制效应,即光纤在外界环境因素,如温度、压力、电场、磁场等等改变时,其传光特性,如相位与光强,会发生变化的现象。
因此,如果能测出通过光纤的光相位、光强变化,就可以知道被测物理量的变化。这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。激光器的点光源光束扩散为平行波,经分光器分为两路,一为基准光路,另一为测量光路。外界参数(温度、压力、振动等)引起光纤长度的变化和相位的光相位变化,从而产生不同数量的干涉条纹,对它的模向移动进行计数,就可测量温度或压等。
(2)结构型光纤传感器原理,结构型光纤传感器是由光检测元件(敏感元件)与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质,所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。
德国施克sick光纤传感器的性能:
光纤具有很多优异的性能,例如:具有抗电磁和原子辐射干扰的性能,径细、质软、重量轻的机械性能;绝缘、无感应的电气性能;耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等,它能够在人达不到的地方,或者对人有害的地区(如核辐射区),起到人的耳目的作用,而且还能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。 [2]
德国施克sick光纤传感器的特点:
一、灵敏度较高;
二、几何形状具有多方面的适应性,可以制成任意形状的光纤传感器;
三、可以制造传感各种不同物理信息(声、磁、温度、旋转等)的器件;
四、可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境;
五、而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。
光纤传感器的优点是与传统的各类传感器相比,光纤传感器用光作为敏感信息的载体,用光纤作为传递敏感信息的媒质,具有光纤及光学测量的特点,有一系列*的优点。电绝缘性能好,抗电磁*力强,非侵入性,高灵敏度,容易实现对被测信号的远距离监控,耐腐蚀,防爆,光路有可挠曲性,便于与计算机联接。
传感器朝着灵敏、、适应性强、小巧和智能化的方向发展,它能够在人达不到的地方(如高温区或者对人有害的地区,如核辐射区),起到人的耳目作用,而且还能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。
德国施克sick光纤传感器的应用:
绝缘于污秽、磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流,光纤传感器可用于位移、震动、转动、压力、弯曲、应变、速度、加速度、电流、磁场、电压、湿度、温度、声场、流量、浓度、ph值和应变等物理量的测量。光纤传感器的应用范围很广,几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活,尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用,解决了许多行业多年来一直存在的技术难题,具有很大的市场需求。主要表现在以下几个方面的应用:
城市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的应用。光纤传感器可预埋在混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中,用于测试应力松弛、施工应力和动荷载应力,从而评估桥梁短期施工阶段和*营运状态的结构性能。
在电力系统,需要测定温度、电流等参数,如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等,由于电类传感器易受电磁场的干扰,无法在这类场合中使用,只能用光纤传感器。分布式光纤温度传感器是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的*,分布式光纤温度传感系统不仅具有普遍光纤传感器的优点,还具有对光纤沿线各点的温度的分布传感能力,利用这种特点我们可以连续实时测量光纤沿线几公里内各点温度,定位精度可达米的量级,测量精度可达1度的水平,非常适用大范围交点测温的应用场合。
此外,光纤传感器还可以应用于铁路监控、火箭推进系统以及油井检测等方面。
光纤同时具备宽带、大容量、远距离传输和可实现多参数、分布式、低能耗传感的显著优点。光纤传感可以不断汲取光纤通信的新技术、新器件,各种光纤传感器有望在物联网中得到广泛应用。
德国施克sick光纤传感器的组成结构:
光纤传感器网有三种基本构成,其中一个叫单点式传感器。一根光纤在这里仅仅起到传输的作用,另外一种叫多点式传感器,在这里一根光纤把很多传感器串起来,这样很多传感器可以共用光源实现网络性监测。再有就是智能光纤传感器。
多点式光纤传感器,从外表看就是一节光栅,通过紫外线照射发现有周期性的间隔。当有光纤入射的时候,如果光纤的波长正好等于间隔的两倍,那么这个光波将会受到强烈的反射,而如果光纤受到温度变化或者应变等等,这个反射波长将会发生变化,这种传感器在一根光纤上可以做很多个,把它连接起来就可以用于各种各样的传感应用。
因为光纤是软的,它可以两维、三维,所以横轴是空间的位置,纵轴是测量对象。这样一个传感网解决了什么问题呢?它解决了在什么位置上发生了什么事情,那个事情有多少个强度的问题,也就是提供了两维的信息。这就是智能光纤传感器所需要解决的问题,它有非常突出的特点要求,包括体积小、强度高、稳定性好,可植入材料中。抗电磁干扰、耐环境。 [2]
光纤传感器已经成功应用于飞机结构监测。我们看到a-380和波音787,它们的特点是超过一半数量是碳纤维,比如说碳纤维符合树脂有几种缺失,一个是层与层之间的剥离,由于这种材料比较强,所以很难像铝合金材料那样实行碳酸检测,所以研究人员现在开始研究把光纤传感器埋到复合材料当中去,由于这种材料一层大概125微米的厚度,所以这种光纤传感器必须是特别细小的光纤传感器,大概直径在50个微米左右。
我们说光纤传感器网可以成为安全安心社会的神经网。光纤传感器网可以用于光纤通讯网的诊断技术。光纤传感器网在安防方面已经有很多的应用,国内有很多企业在这方面开展了卓有成效的工作。

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