光學傳感基礎知識

 

傳(chuan)統(tong)的(de)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)使(shi)用(yong)傳(chuan)感(gan)器(qi)將(jiang)物(wu)理(li)現(xian)象(xiang)轉(zhuan)換(huan)為(wei)電(dian)信(xin)號(hao)，然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)係(xi)統(tong)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)調(tiao)節(jie)

，數(shu)字(zi)化(hua)和(he)縮(suo)放(fang)至(zhi)預(yu)期(qi)值(zhi)。盡(jin)管(guan)它(ta)們(men)無(wu)處(chu)不(bu)在(zai)
，但(dan)這(zhe)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)具(ju)有(you)固(gu)有(you)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)
，並(bing)且(qie)在(zai)某(mou)些(xie)類(lei)型(xing)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)使(shi)用(yong)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)不(bu)切(qie)實(shi)際(ji)的(de)，如(ru)果(guo)不(bu)是(shi)完(wan)全(quan)不(bu)可(ke)能(neng)的(de)話(hua)。光(guang)纖(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)為(wei)這(zhe)些(xie)挑(tiao)戰(zhan)提(ti)供(gong)了(le)出(chu)色(se)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。

 

conggenbenshangshuo，guangxianchuanganqidegongzuofangshiyudianqichuanganqileisi
，danshiyongguangerbushidianhebolixianweidaititongxian。zaidianchuanganqikeyitiaojiezhurudianliu，dianzuhuodianyadediantexingdeqingkuangxia
，guangxianchuanganqitiaozhiguangdeyigehuoduogeshuxing，baokuoqiangdu，xiangwei

，pianzhenhuobochang。

 

光學傳感技術取決於光纖 - 一種比人類頭發更薄的玻璃，在其核心內傳輸光。該光纖由三個主要部分組成：芯xin，包bao層ceng和he緩huan衝chong塗tu層ceng。包bao層ceng將jiang雜za散san光guang反fan射she回hui核he心xin，確que保bao通tong過guo核he心xin傳chuan輸shu，同tong時shi光guang線xian損sun失shi最zui小xiao。這zhe是shi通tong過guo確que保bao芯xin材cai料liao具ju有you比bi包bao層ceng更geng高gao的de折zhe射she率lv來lai實shi現xian的de，從cong而er引yin起qi光guang的de完wan全quan內nei反fan射she。外wai部bu緩huan衝chong塗tu層ceng可ke保bao護hu光guang纖xian免mian受shou外wai部bu條tiao件jian和he物wu理li損sun壞huai。它ta可ke以yi包bao含han許xu多duo層ceng，具ju體ti取qu決jue於yu所suo需xu的de堅jian固gu程cheng度du。

 

圖1：典型光纖的橫截麵

 

 

盡管存在許多類型的光纖傳感器，但最常用的是光纖布拉格光柵（FBG）。布拉格光柵是折射率的變化，它們以稱為光柵周期的周期性間隔“寫入”光纖的纖芯內。當輸入光信號照射到FBG上時，光柵之間的間隔導致每個光柵的反射相長幹涉並反射特定波長的光，稱為布拉格波長（見圖2）。

 

 

圖2：FBG光學傳感器的操作

 

應變和溫度的變化影響FBG的有效折射率（ne）和光柵周期（Λ）
，這導致根據下麵的等式1的反射布拉格波長（B）的偏移。因此
，可以測量波長偏移以確定應變和/或溫度的相應變化。由於應變和溫度都會影響布拉格波長（從而影響測量），因此溫度補償是大溫度或應變範圍測試的重要考慮因素。

 

 

FBG可以製造成具有各種光柵周期並因此具有各種布拉格波長
，使得同一光纖上的不同FBG傳感器能夠反射獨特的光波長。這使得每個波長在光譜範圍內彼此可區分。基於它們各自的布拉格波長在同一光纖上區分FBG的過程稱為波分複用。隻要與每次測量相關的波長偏移不會導致一個FBG傳感器的布拉格波長跨越另一個FBG傳感器的布拉格波長，同一光纖上的數十個傳感器就可以進行獨立測量。

 

用光學傳感解決問題

 

任(ren)何(he)一(yi)直(zhi)在(zai)努(nu)力(li)解(jie)決(jue)噪(zao)音(yin)過(guo)濾(lv)，屏(ping)蔽(bi)，布(bu)線(xian)問(wen)題(ti)或(huo)傳(chuan)感(gan)器(qi)損(sun)壞(huai)問(wen)題(ti)的(de)人(ren)都(dou)可(ke)以(yi)告(gao)訴(su)您(nin)，電(dian)子(zi)傳(chuan)感(gan)器(qi)有(you)一(yi)些(xie)應(ying)用(yong)難(nan)以(yi)適(shi)應(ying)。使(shi)用(yong)電(dian)子(zi)傳(chuan)感(gan)器(qi)時(shi)遇(yu)到(dao)的(de)四(si)個(ge)最(zui)棘(ji)手(shou)的(de)挑(tiao)戰(zhan)是(shi)在(zai)電(dian)氣(qi)惡(e)劣(lie)條(tiao)件(jian)下(xia)保(bao)持(chi)可(ke)靠(kao)性(xing)，抵(di)禦(yu)惡(e)劣(lie)環(huan)境(jing)中(zhong)的(de)退(tui)化(hua)
，使(shi)用(yong)多(duo)個(ge)傳(chuan)感(gan)器(qi)經(jing)濟(ji)地(di)檢(jian)測(ce)大(da)麵(mian)積(ji)區(qu)域(yu)，以(yi)及(ji)將(jiang)傳(chuan)統(tong)傳(chuan)感(gan)器(qi)安(an)裝(zhuang)到(dao)受(shou)限(xian)空(kong)間(jian)中(zhong)。通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)光(guang)纖(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)而(er)不(bu)是(shi)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)解(jie)決(jue)這(zhe)些(xie)棘(ji)手(shou)問(wen)題(ti)中(zhong)的(de)每(mei)一(yi)個(ge)。

 

高電磁幹擾和高壓環境

 

電磁幹擾（EMI）是電傳感器係統最常見的測量誤差和故障源之一。在高EMI情況下的電傳感器信號測量，例如近大功率發電機，電動機或其他AC電dian源yuan，特te別bie容rong易yi失shi真zhen。這zhe些xie環huan境jing通tong常chang包bao括kuo高gao壓ya組zu件jian，這zhe些xie組zu件jian可ke能neng會hui損sun壞huai甚shen至zhi破po壞huai傳chuan統tong的de傳chuan感gan器qi係xi統tong。過guo濾lv和he隔ge離li儀yi器qi可ke以yi在zai一yi定ding程cheng度du上shang降jiang低di高gaoEMI和高電壓的風險，但它們具有有限的噪聲抑製和隔離級別。

 

同樣，光纖傳感器由玻璃製成
，並且完全不導電且電無源。這使得它們甚至可以抵抗最高水平的EMI，並bing且qie完wan全quan不bu受shou環huan境jing中zhong高gao壓ya或huo電dian流liu的de影ying響xiang。例li如ru，您nin可ke以yi將jiang光guang纖xian溫wen度du傳chuan感gan器qi直zhi接jie連lian接jie到dao超chao高gao功gong率lv組zu件jian，例li如ru電dian機ji繞rao組zu，變bian壓ya器qi和he電dian源yuan線xian

，以yi便bian在zai運yun行xing期qi間jian進jin行xing高gao精jing度du熱re特te性xing分fen析xi。

 

 

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