天博体育官网 什么是光纤传感器？
纤维天博体育官网器用于检测物理，化学或生物学参数的变化。它们独特的有利功能组合导致它们在结构监测，油气勘探，环境监测和医学诊断等领域中的使用。
a天博体育官网传感器是一种通过检测通过天博体育官网传输的光的变化来测量物理，化学或生物学参数的设备。纤维传感器比其他传感技术具有多个优点，包括：
长距离操作 |
天博体育官网传感器可以在长距离内传输信号，而不会显着信号降解或损失。这允许它们在远程位置或监视非常大的结构。 |
紧凑而轻量级 |
天博体育官网传感器小且轻巧，使其易于安装并集成到各种系统中。 |
低功耗 |
天博体育官网传感器几乎不需要操作的功率，因此非常适合限制电源的远程和便携式应用程序。 |
|
可以将多个天博体育官网传感器在单个天博体育官网上多路复用，从而可以同时测量几个不同的参数。 |
高速 |
天博体育官网传感器可以提供较高的带宽和快速响应时间，使其适合动态测量和实时控制应用。 |
这种理想的操作特性的组合，以及天博体育官网传感器可以测量的广泛物理特性，可以在许多不同的行业和应用程序中使用各种任务。其中一些最重要的是：
- 对民用和航空航天结构的结构健康监测，例如桥梁，大坝，建筑物，管道和飞机。天博体育官网器可以检测损伤，变形或振动。
- 环境天博体育官网，例如监测温度，湿度，压力和空气或水中各种化学物质的浓度。
- 医学诊断，包括血糖的天博体育官网，血液氧或体内pH水平。
- 工业过程监控和控制。这天博体育官网包括测量管道或反应堆中流体或气体的水平，流量或组成。
- 防御和安全。纤维天博体育官网器可用于检测入侵，物体或结构的位移或在边界或军事装置中的地震活动。
当前正在使用的天博体育官网官网官网传感器的类型 - 其操作原理和确切的实施方法 - 与刚刚列出的应用程序所建议的一样多样化。但是它们本质上都依赖相同的基本原则。也就是说，将光引入天博体育官网官网官网中并通过它传播。然后，关于纤维周围介质的物理，化学或生物学特征的某些东西会在光中引起一些变化，可以检测到。这种变化可以处于光的强度，相位，波长或极化状态（或它们的组合），以及纤维本身的散射特征。值得详细检查这些传感器机制。
天博体育官网波长的传感器
天博体育官网官网波长的传感器，尤其是那些利用纤维Bragg光栅（FBG）的传感器 - 是最受欢迎且使用最广泛的类型之一。 FBG是沿纤维轴的Core折射率中的定期调制。 FBG在制造时将FBG“写入”到纤维中。这种周期性的模式会产生一个布拉格的光栅，它反映了特定的小波长范围。
FBGS的一种应用是制作“分布式”传感器。在这里，一系列的FBG（每个FBG反映了略有不同的波长）沿着单个天博体育官网编写。当光线向下传播纤维时，每个FBG都会反射一些朝向源。结构中温度或机械应变的任何局部变化都会改变附近的FBG周期，从而改变其反射的波长。因此，测量这种波长偏移提供了有关沿纤维应变和温度的空间分辨信息。这样的纤维传感器可以嵌入大型结构中，例如大坝或桥梁。
图1.在分布式纤维天博体育官网器中，沿纤维的一系列FBG都反射了狭窄的波长范围。局部温度变化或机械应变会移动附近FBG的峰值波长。分析返回光的波长揭示了哪种天博体育官网器受到干扰，以及多少。
天博体育官网波长的光纤传感器也构成了许多不同类型的生物传感器的基础。其中许多是天博体育官网表面等离子体共振（SPR）。这涉及将薄金属膜（通常是金）直接放在纤维上，有时是在纤维输出端的外部视线上。
只有非常特定的天博体育官网会激发金属丝接口处的等离子。与其他天博体育官网相比，这种共振天博体育官网的反射程度较小。该共振天博体育官网对金属层的折射率非常敏感。
为了制作生物天博体育官网器，金属膜是“功能化的”。也就是说，与优先结合或摄取特定目标分析物的生物分子（甚至细菌）覆盖。随着分析物分子与天博体育官网器表面结合，它们会改变其折射率。这会改变谐振波长。因此，分析发射光的波长提供了对靶分子浓度的高度敏感度量。
纤维生物天博体育官网器提供了多个优点，包括快速测量速度和高灵敏度。它们不需要分析物的“标签”。结果，它们用于众多医学诊断过程，整个生物医学研究和药物开发，甚至在农业和食品加工中。
天博体育官网阶段的传感器
天博体育官网阶段的传感器最常见的是光纤干涉仪。这些测量由于周围介质的某些变化而导致光纤或外部光腔引起的相移。许多不同的干涉仪配置是可能的。最受欢迎的是Mach -Zehnder，Michelson和Fabry -perot干涉仪。
与他们的传统自由空间一样，Mach -Zehnder和Michelson干涉仪都将光束分为两条路径 - 参考臂和一个天博体育官网臂。只有天博体育官网臂暴露于信号。感应臂内的物理长度或折射率的变化会导致在检测器上产生干扰条纹图案的路径之间的相对相移。这提供了天博体育官网信号。
Fabry – Perot干涉仪使用天博体育官网向Etalon供应光（两个平行的，高度反射的表面，距离距离分开），该距离位于测量点。 Fabry-Perrot腔内的光路长度的变化是由振动，压力，温度或折射率引起的（由于进入腔内的气体或液体而引起的）会改变干扰条纹模式。该信号通过天博体育官网向后传递到原始点，在该原点被检测到。该方法通常用于测量气体或油管道中的井下压力或监测复合材料的应变或温度。
天博体育官网陀螺仪是天博体育官网阶段的纤维传感器的另一种类型。在这种情况下，纤维处于紧密伤口的线圈中。首先将光源分成两个梁，然后耦合到纤维的相对末端。
如果线圈在其轴上旋转，则两个梁将相对于彼此进行相移。这称为Sagnac效应。当两个梁退出天博体育官网时，它们会重新组合。任何相移将产生组合梁中的干扰条纹。检测器感测到了这种模式，以确定旋转的角速度。
天博体育官网极化的传感器
大多数天博体育官网极化的传感器可通过在45°的偏振光下相对于维持光纤的轴线引入极化光。然后，可以使用纤维输出处的极化分析仪检测到正在测试的设备测试中的任何影响纤维双发性变化（通常是温度变化或机械应变）。许多结构监测纤维传感器都是天博体育官网极化的。
天博体育官网极化的传感器也可以用来感知电流。这些依赖于法拉第效应，法拉第效应在存在磁场的情况下在光的极化平面中产生旋转。因此，这可用于测量电流产生的磁场。纤维电流传感器比传统传感器类型具有多种优势，包括快速响应速度，高准确性以及尺寸和重量小。
天博体育官网强度的传感器
112322_112496
通过将其弯曲的纤维嵌入结构或机械组件中来形成一个简单的天博体育官网强度的传感器。弯曲半径的变化会影响通过纤维的光损失。因此，任何导致物体尺寸变化的事物（压力，加速度，运动，热膨胀）都会变形并产生信号。
产生强度变化的另一种方法是挫败或减少纤维依赖于传输光的总内部反射量。通常，当周围培养基的折射率变化与纤维芯周围的evanevantection介质相互作用时，这种情况就会发生。通常，这涉及在纤维长度上取下某些覆层，从而使evanevencent的场渗透到纤维周围的介质中。然后，该介质折射率的任何变化都会改变纤维的传输特性。这可用于感知液体水平或作为气体天博体育官网器。
天博体育官网强度的传感器通常更简单，因此成本低于其他类型，但今天不广泛使用它们。问题在于，任何导致光功能变化的事物都会产生读数。尽管参考系统可以最大程度地减少这一点，但很难完全消除这些传感器的噪音和虚假读数。
天博体育官网散射的传感器
各种不同的感应技术天博体育官网光纤内的Brillouin和Raman散射。这些与光学时域反射法（OTDR）结合使用。
Brillouin散射是由于光与介质中的声学模式的相互作用而发生的。布里渊散射的峰值波长很大程度上取决于材料的折射率。这使其对周围介质的温度或压力天博体育官网敏感。
要实现天博体育官网布里群的传感器，将光脉冲从光纤下发送。返回的光的光谱被连续分析。由于布里鲁因散射引起的任何频谱上的任何变化的时间延迟表明沿纤维的距离发生了多远，因此发生了导致散射的位置。
拉曼散射与天博体育官网中的分子振动相互作用时会发生。拉曼信号仅取决于温度。拉曼传感的实施类似于布里鲁因感测。也就是说，通过纤维发送光脉冲，并分析了返回光的光谱作为时间的函数。
天博体育官网散射的传感器的最大优势是它们利用任何二氧化硅纤维的内在特性。这意味着可以使用低成本的，可商购的光纤建造它们。另外，两种散射技术都可以在非常大的距离（数十公里）上工作。这使它们对于监视大型或长结构特别有用。
总体而言，纤维天博体育官网器的各种功能和操作优势使它们非常适合广泛的应用。持续的技术进步肯定只会增加在结构健康监测，石油和天然气勘探，生物医学感应，环境监测，工业过程监测等领域的使用。