偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器
基本原理是利用光的偏振態(tài)的變化來傳遞被測(cè)對(duì)象信息。光波是一種橫波,它的光矢量是與傳播方向垂直的。如果光波的光矢量方向始終不變,只是它的大小隨相位改變,這樣的光稱為是線偏振光。光矢量與光的傳播方向組成的平面為線偏振光的振動(dòng)面。如果光矢量的大小保持不變,而它的方向繞傳播方向均勻的轉(zhuǎn)動(dòng),光矢量末端的軌跡是一個(gè)圓,這樣的光稱為圓偏振光。如果光矢量的大小和方向都在有規(guī)律的變化,且光矢量的末端沿一個(gè)橢圓轉(zhuǎn)動(dòng),這樣的光稱為橢圓偏振光。利用光波的偏振性質(zhì),可以制成偏振調(diào)制光纖傳感器。在許多光纖系統(tǒng)中,尤其是bao含單模光纖的那些系統(tǒng),偏振起著重要的作用。許多物理效應(yīng)都會(huì)影響或改變光的偏振狀態(tài),有些效應(yīng)可引起雙折射現(xiàn)象。所謂雙折射現(xiàn)象就是對(duì)于光學(xué)性質(zhì)隨方向而異的一些晶體,一束入射光常分解為兩束折射光的現(xiàn)象。光通過雙折射媒質(zhì)的相位延遲是輸入光偏振狀態(tài)的函數(shù)。偏振態(tài)調(diào)制光纖傳感器檢測(cè)靈敏度高,可避免光源強(qiáng)度變化的影響,而且相對(duì)相位調(diào)制光纖傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、且調(diào)整方便。其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋豪梅ɡ谛?yīng)的電流、磁場(chǎng)傳感器;利用泡爾效應(yīng)的電場(chǎng)、電壓傳感器;利用光彈效應(yīng)的壓力、振動(dòng)或聲傳感器;利用雙折射性的溫度、壓力、振動(dòng)傳感器。目前最主要的還是用于監(jiān)測(cè)強(qiáng)電流。
光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)
無論采用何種調(diào)制方法,光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):
(1)抗電磁干擾:一般電磁輻射的頻率比光波低許多,所以在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)不受電磁干擾的影響。
(2)電絕緣性能好,安全可靠:光纖本身是由電介質(zhì)構(gòu)成的,適宜于在易燃易爆的油、氣、化工生產(chǎn)中使用。
(3)傳感器端無需供電,是無源器件,將傳輸與傳感集合到一體。
(4)耐腐蝕,化學(xué)性能穩(wěn)定:由于制作光纖的材料——石英具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性,因此光纖傳感器適宜于在較惡劣環(huán)境中使用。
(5)體積小、重量輕,幾何形狀可塑。
(6)傳輸損耗小,傳輸容量大:可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控監(jiān)測(cè)和多點(diǎn)分布式測(cè)量。
(7)測(cè)量精度可以很高。有些光纖傳感器(如干涉型)可以達(dá)到非常高的測(cè)量精度和分辨率。
(8)傳感器能夠復(fù)用,甚至實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量,一臺(tái)測(cè)量?jī)x器可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的傳感器測(cè)量。
(9)測(cè)量范圍廣;可測(cè)量溫度、壓強(qiáng)、應(yīng)變、應(yīng)力、流量、流速、電流、電壓、
液位、液體濃度成分等,可以說光纖傳感器能測(cè)量幾乎所有物理量和很多化學(xué)量。
傳感器的發(fā)展歷史及其發(fā)展趨勢(shì):
壓力測(cè)量的歷史:
1594 伽利略出生在比薩(意大利),他獲得了用泵將河水抽到陸地灌溉的這種機(jī)器的專利。泵的核心是一個(gè)注射qi。伽利略發(fā)現(xiàn),水在抽水機(jī)中能上升到10米,但為何會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象不得其解,此后,許多科學(xué)家都致力于找出產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。
1656 奧托·馮·格里克出生在德國(guó)的馬德堡。托里切利的真空或“虛無”的結(jié)論與“大自然厭惡真空”(即自然界不存在真空)的教義相悖,因此受到了教會(huì)的抨擊。格里克研發(fā)出新的抽氣機(jī)(活塞式抽氣機(jī))以抽空更大的容量,在馬德堡上演了一場(chǎng)戲劇性的試驗(yàn),他使用了凡士林將兩個(gè)金屬半球拼在一起,再將中間的空氣抽盡,各用八匹馬向兩側(cè)拉動(dòng)都不能將它們分開。
1661 盎格魯愛爾蘭化學(xué)家羅伯特·波義耳,使用一端封閉的“J”形管研究壓力和定量氣體體積之間的關(guān)系,并提出Px V = K定律(P:壓力,V:氣體體積,K:常量)。這就意味著,如果一個(gè)已知在規(guī)定的壓力下氣體的體積,在定量定溫的條件下,如果氣體的體積發(fā)生改變,則可算出壓力。