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光纤传感器在测试技术中的应用

发布时间:2022-07-26 15:59:37浏览次数:302来源于:立浦科技

光纤温度传感器-传光型光纤温度传感器

图 2(a) 为半导体吸光型 (传光型)光纤温度传感器示意图,将一根切断的光导纤维装在细钢管内,光纤两端面间夹有一块半导体感温薄片(如GaAs或InP),这种半导体感温薄片透射光强随被测温度而变化。因此,当光纤一端输入一恒定光强的光时,由于半导体感温薄片透射能力随温度变化,光纤另一端接收元件所接受的光强也随被测温度而改变。于是通过测量光探测器输出的电量,便能遥测到感温探头2(b)处的温度。

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探头中,半导体材料的透过率与温度的特性曲线如图 2(c)所示,当温度升高时,其透过率曲线向长波长方向移动。显然,半导体材料的吸收率与其禁带宽度Eg有关,禁带宽度又随温度而变化,多数半导体材料的禁带宽度Eg随温度丁的升高几乎线性地减小,对应于半导体的透过率特性曲线边沿的波长λg随温度升高向长波方向位移。当一个辐射光谱与λg相一致的光源发出的光,通过此半导体时,其透射光的强度随温度丁的升高而减少。那何为传光型光纤传感器?


传光型光纤传感器中的光纤仅作为传输光的介质,只起传输光波的作用,对外界信息的“感觉”功能是依靠其它物质的敏感元件来完成的,因此必须在光纤端面或中间加装其它敏感元件才能构成传感器。这样,传感器中的光纤中间是中断的、不连续的,中断部分要接上其它介质的敏感元件,如图 1所示。


调制器是敏感元件,置于入射光纤和接收光纤之间,在被测对象的作用下,使敏感元件的光路遮断或使敏感元件的光穿透率发生变化,这样,光探测器所接收的光量便成为被测对象调制后的信号,经放大、解凋后,就可得到被测对象。


3.2光纤液位传感器


基于全内反射原理,可以设计成光纤液位传感器。光纤液位传感器由以下三部分组成:


*接触液体后光反射量的检测器件即光敏感元件;


*传输光信号的双芯光纤;


*发光、受光和信号处理的接收装置。


图 3(a)所示为光纤液位传感器的基本结构。这种传感器的敏感元件和传输信号的光纤均由玻璃纤维构成,故有绝缘性能好和抗电磁噪声等优点。


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光纤液位传感器的工作原理如图 3(b)所示。发光器件射出来的光通过传输光纤送到敏感元件,在敏感元件的球面上,有一部分透过,而其余的光被反射回来。当敏感元件与液体相接触时,与空气接触相比,球面部的光透射量增大,而反射量减少。因此,由反射光量即可知道敏感元件是否接触液体。反射光量决定于敏感元件玻璃的折射率和被测定物质的折射率。被测物质的折射率越大,反射光量越小。来自敏感元件的反射光,通过传输光纤由受光器件的光电晶体管进行光电转换后输出。敏感元件的反射光量的变化,若以空气的光量为基准,在水中则为-6-—7dB,在油中为-25—30dB。可对反射光量差别很大的水和油等进行物质判别。


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用微光检测液位的光纤液位传感器有如下特点:


*能用于易燃、易爆物等设施中;


*敏感元件的尺寸小,可用于检测微量液体;


*从检测液体开始到检测信号输出为止的响应时间短;


*敏感元件是玻璃的,故有抗化学腐蚀性;


*能检测两种(油、水等)液体界面:


*价格低廉。


在实际应用中应注意,光纤液面传感器不宜用于检测粘附在敏感元件玻璃表面的物质。如何检测液位?


在装有液体的槽内。将敏感元件安装在液面下预定检测的高度。当液面低于这一高度时,从敏感元件产生的反射光量就增加,根据这时,发生的信号就能检测出液面位置。若在不同高度安装敏感元件,则可检测液面的高度


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