光纤传感器在使用中具有哪些优势和特点(光纤传感器在使用中具有哪些优势和劣势)

  光纤传感器能够将被测对象的状态转变成可被观测的光信号,是一类应用范围较为广泛的传感器。由于光纤天生就具备有较多优异的性能,因此光纤传感器的优点也是较为明显的。光纤传感器由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光探测器以及解调制器组成。其基本原理是将光源的光经入射光纤送人调制区,光在调制区内与外界被测参数相互作用,使光的光学性质(如强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化而成为被调制的信号光,再经出射光纤送入光探测器、解调器而获得被测参数。

  光纤传感器的优点是与传统式的各种传感器相比,光纤传感器用光当作敏感信息的载体,用光纤当作传递敏感信息的媒质,有着光纤及光学测量的特点,有多方面独特的优点。电绝缘性能好,抗电磁干扰能力强,非侵入性,高灵敏度,非常容易实现对被测信号的远距离监控,抗腐蚀,防爆,光路有可挠曲性,有利于与计算机联接。 传感器向着灵敏、精确、适应能力强、小巧和智能化的方向发展,它可以在人达不到的地方,具有人的耳目作用,并且还能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外部信息。

  光纤可以作为测试站和外部传感器之间的通信路径,称为外部传感。然而,当光纤本身被用作光纤传感系统时,这被称为本征光纤传感。这种类型的光纤传感技术的优点在于,它不需要光纤和外部传感器之间的分立接口,因此降低了复杂性和成本。为此,温度和应变波动等外部刺激需要以可测量的方式影响电缆中的光源,以提供有用的数据。

  当光子在光纤中与粒子接触后随机散射时,称为瑞利散射。这一原理已被证明适用于各种类型的光纤测试技术,例如OTDR光纤测试,因为反向散射到检测器的光的体积、波长和位置可以确定光纤中衰减事件的幅度和位置。以类似的方式,拉曼散射在斯托克斯波段产生散射回光源的光子的温度诱导变化。通过测量斯托克斯频带和反斯托克斯频带中的反向散射光的强度之间的差异,可以精确地确定沿着光纤的任何给定位置的温度。布里渊散射是一种类似的现象,其中反向散射光的波长以可预测的方式受到外部温度和声刺激的影响。该数据结合同一点的温度背景知识,可用于精确确定光纤所经受的应变,并进行分析以确定光纤的哪些区域(区域)受到影响。

  光纤传感器有极高的灵敏度和精度、固有的安全性好、抗电磁干扰、高绝缘强度、耐腐蚀、集传感与传输于一体、能与数字通信系统兼容等优点。概括如下:

  (1)高灵敏度;

  (2)轻细柔韧便于安装埋设;

  (3)电绝缘性及化学稳定性。光纤本身是一种高绝缘、化学性能稳定的物质,适用于电力系统及化学系统中需要高压隔离和易燃易爆等恶劣的环境中;

  (4)良好的安全性。光纤传感器是电无源的敏感元件,故应用于测量中时,不存在漏电及电击等安全隐患;

  (5)抗电磁干扰。一般情况下光波频率比电磁辐射频率高,因此光在光纤中传播不会受到电磁噪声的影响;

  (6)可分布式测量。一根光纤可以实现长距离连续测控,能准确测出任一点上的应变、损伤、振动和温度等信息,并由此形成具备很大范围内的监测区域,提高对环境的检测水平;

  (7)使用寿命长。光纤的主要材料是石英玻璃,外裹高分子材料的包层,这使得它具有相对于金属传感器更大的耐久性;

  (8)传输容量大。以光纤为母线,用传输大容量的光纤代替笨重的多芯水下电缆采集收纳各感知点的信息,并且通过复用技术,来实现对分布式的光纤传感器监测。

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