偏振态调制型光纤传感器
基本原理是利用光的偏振态的变化来传递被测对象信息。光波是一种横波,它的光矢量是与传播方向垂直的。如果光波的光矢量方向始终不变,只是它的大小随相位改变,这样的光称为是线偏振光。光矢量与光的传播方向组成的平面为线偏振光的振动面。如果光矢量的大小保持不变,而它的方向绕传播方向均匀的转动,光矢量末端的轨迹是一个圆,这样的光称为圆偏振光。如果光矢量的大小和方向都在有规律的变化,且光矢量的末端沿一个椭圆转动,这样的光称为椭圆偏振光。利用光波的偏振性质,可以制成偏振调制光纤传感器。在许多光纤系统中,尤其是bao含单模光纤的那些系统,偏振起着重要的作用。许多物理效应都会影响或改变光的偏振状态,有些效应可引起双折射现象。所谓双折射现象就是对于光学性质随方向而异的一些晶体,一束入射光常分解为两束折射光的现象。光通过双折射媒质的相位延迟是输入光偏振状态的函数。偏振态调制光纤传感器检测灵敏度高,可避免光源强度变化的影响,而且相对相位调制光纤传感器结构简单、且调整方便。其主要应用领域为:利用法拉第效应的电流、磁场传感器;利用泡尔效应的电场、电压传感器;利用光弹效应的压力、振动或声传感器;利用双折射性的温度、压力、振动传感器。目前最主要的还是用于监测强电流。
光纤传感器的优点
无论采用何种调制方法,光纤传感器与传统传感器相比有一系列独特的优点:
(1)抗电磁干扰:一般电磁辐射的频率比光波低许多,所以在光纤中传输的光信号不受电磁干扰的影响。
(2)电绝缘性能好,安全可靠:光纤本身是由电介质构成的,适宜于在易燃易爆的油、气、化工生产中使用。
(3)传感器端无需供电,是无源器件,将传输与传感集合到一体。
(4)耐腐蚀,化学性能稳定:由于制作光纤的材料——石英具有极高的化学稳定性,因此光纤传感器适宜于在较恶劣环境中使用。
(5)体积小、重量轻,几何形状可塑。
(6)传输损耗小,传输容量大:可实现远距离遥控监测和多点分布式测量。
(7)测量精度可以很高。有些光纤传感器(如干涉型)可以达到非常高的测量精度和分辨率。
(8)传感器能够复用,甚至实现分布式测量,一台测量仪器可以实现大规模的传感器测量。
(9)测量范围广;可测量温度、压强、应变、应力、流量、流速、电流、电压、
液位、液体浓度成分等,可以说光纤传感器能测量几乎所有物理量和很多化学量。
传感器的发展历史及其发展趋势:
压力测量的历史:
1594 伽利略出生在比萨(意大利),他获得了用泵将河水抽到陆地灌溉的这种机器的专利。泵的核心是一个注射qi。伽利略发现,水在抽水机中能上升到10米,但为何会产生这种现象不得其解,此后,许多科学家都致力于找出产生这种现象的原因。
1656 奥托·冯·格里克出生在德国的马德堡。托里切利的真空或“虚无”的结论与“大自然厌恶真空”(即自然界不存在真空)的教义相悖,因此受到了教会的抨击。格里克研发出新的抽气机(活塞式抽气机)以抽空更大的容量,在马德堡上演了一场戏剧性的试验,他使用了凡士林将两个金属半球拼在一起,再将中间的空气抽尽,各用八匹马向两侧拉动都不能将它们分开。
1661 盎格鲁爱尔兰化学家罗伯特·波义耳,使用一端封闭的“J”形管研究压力和定量气体体积之间的关系,并提出Px V = K定律(P:压力,V:气体体积,K:常量)。这就意味着,如果一个已知在规定的压力下气体的体积,在定量定温的条件下,如果气体的体积发生改变,则可算出压力。