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光纖傳感器測量原理及優點

虹科傳感器事業部 ? 來源:虹科傳感器事業部 ? 作者:虹科傳感器事業部 ? 2022-09-05 15:23 ? 次閱讀

一、什么是光纖?

光纖是一種由玻璃或塑料制成的纖維,可作為光傳導工具。光纖是由兩層折射率不同的玻璃組成。內層為光內芯,直徑在幾微米至幾十微米,外層的直徑0.1~0.2mm。一般內芯玻璃的折射率比外層玻璃大1%。根據光的折射和全反射原理,當光線射到內芯和外層界面的角度大于產生全反射的臨界角時,光線透不過界面,全部反射。

二、 光纖結構

(1) 纖芯(核心)

攜帶光信號

硅石和摻雜劑,塑料光纖(POF)使用聚合

單模光纖為9μm,多模光纖為50或62.5μm,POF為1mm

(2) 包層

保持核心部分的光照

純硅或聚合物

(3) 涂覆層

保護裸露的光纖

丙烯酸酯(聚合物)或聚酰亞胺(用于高溫)

三、 光纖模式

從技術層面上講,模式是光纖的穩定傳播狀態。深入研究傳輸模式理論,你會發現這是一種由光的波動性質引起的效應。簡單地說,可以認為,一個模式是一條光線,或光纖中的路徑

按傳輸模式分為多模光纖和單模光纖,多模光纖按照折射率分布又可分為階躍型和漸變型,階躍型光纖一般較漸變型光纖的帶寬低。

(1)階躍型折射率多模光纖

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?短距離鏈路,<100m

? 10-100 Mb/s

? POF(1mm)或HCS(200/230)

光纖的纖芯折射率高于包層折射率,使得輸入的光能在纖芯一包層交界面上不斷產生全反射而前進。這種光纖纖芯的折射率是均勻的,包層的折射率稍低一些。光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的,只有一個臺階。

(2)漸變型折射率多模光纖

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?中短距離鏈路,10m-2000m

? 100 Mbs-10Gb/s?

? 50/125(OM2)或62.5/125(OM1/OM3)

又名梯度型折射率多模光纖,光纖折射率中心最高,沿徑向遞減,光束在光纖中傳播,可以自動聚焦而不發生色散。多模漸變折射率光纖纖芯中的折射率是連續變化的,它隨纖芯半徑r的增加按一定的規律減小。由于纖芯的折射率不均勻,光射線的軌跡不再是直線而是曲線。

(3) 單模光纖

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?長距離鏈路,1000m-100km

? 2.5/10/40/100 Gb/s

? 9/125

中心玻璃芯很細(芯徑一般為9或10μm),只存在一種傳輸模式。單模光纖的傳輸損耗、傳輸色散都比較小。傳輸損耗小可以使得信號在光纖中傳輸的距離更遠一些,可支持超過5000m的傳輸距離。并且傳輸色散小有利于高速大容量的數據的傳輸,因此大容量的通信系統多數使用單模光纖。

四、 光纖的優勢

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(1)光纖傳感器測量原理

將來自光源的光經過光纖送入調制器,使待測參數與進入調制區的光相互作用后,導致光的光學性質(如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等)發生變化,稱為被調制的信號光,再利用被測量對光的傳輸特性施加的影響,完成測量。

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(2)光纖傳感器的優點

與傳統的各類傳感器相比,光纖傳感器用光作為敏感信息的載體,用光纖作為傳遞敏感信息的媒質,具有光纖及光學測量的特點,有一系列獨特的優點:

傳感器端無需供電,是無源器件;

電絕緣性能好,抗高電磁干擾能力強;

高靈敏度,容易實現對被測信號的遠距離監控;

耐腐蝕,防爆,本質安全,各種惡劣或易燃易爆危險環境下可用;

光路有可撓曲性,便于與計算機聯接;

傳輸損耗小,傳輸容量大;

可實現遠距離遙控監測和多點分布式測量,且測量速度快;

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Micronor 傳感器系統

五、 聚焦-Micronor公司的光纖傳感器

Micronor Sensors 是傳感領域的專家,在光纖和機電傳感器技術方面擁有廣泛的專業背景。創新和深厚的光纖技術領域的知識使 Micronor 能夠應對溫度、應變、位置測量解決方案中的挑戰,這些解決方案即使在惡劣的環境中也能可靠地工作。他們的光纖傳感器多應用于鐵路(振動監控、定位)、礦業、醫療行業、風電行業、石油石化行業等,其主要產品包括:

(1) 多軸光纖加速度計

用于測量高壓環境或潛在爆炸性環境中的振動和運動。典型應用包括受電弓監測、風力渦輪機葉片、MRI、變壓器、發電機、采礦以及石油和天然氣。

(2) 多點溫度測量

溫度測定基于"拉曼效應",從而確定沿玻璃纖維的溫度分布。通過使用極短的光脈沖,可實現約100mm的空間分辨率,測量光纖的最大長度為250m。

(3) 光纖位置傳感器

包含光纖增量編碼器(常用于檢測電機軸或線性驅動器的運動和速度);光纖絕對旋轉編碼器(用于確定軸位置);線性傳感器(以高分辨率記錄幾米的純被動線性運動)。

(4)光纖信號設備

包括光纖微動開關、緊急停止開關。在大電流附近進行安全信號檢測,,旨在滿足 MRI、醫療和工業應用的挑戰性要求。

審核編輯:湯梓紅

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