由于光纤传感器及技术具有较其它传感器无法比拟的特点,所以近几年来,光纤传感器与测量技术发展成为仪器仪表领域新的发展方向,而新型光纤传感器不外乎有以下特点:
光纤传感器具有优良的传光性能,传光损耗很小,目前损耗能达到≤0。2dB/km的水平。
光纤传感器频带宽,可进行超高速测量,灵敏度和线性度好。
光纤传感器体积很小,重量轻,能在恶劣环境下进行非接触式、非破坏性以及远距离测量。
还具有灵敏度高、可靠性好、原材料硅资源韦富、抗电磁干扰,抗腐蚀、耐高压、电绝缘性能好、可绕曲、防爆、频带宽、损耗低等特点。同时,它还便于与计算机相连,实现智能化和远距离监控。对传统的传感器起到扩展提高的作用,不少情况下能够完成前者很难完成甚至不能完成的仟务。
正是由于光纤传感器具有许多独特优势,可以解决许多传统传感器无法解决的问题,故自从它问世以来,就被广泛应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域。值此,将讨论光纤传感器在石油化工领域应用,即油库油罐液位、温度信号实时监测系统中的设计方案(见图0所示)。正因该监测系统应用了光纤液位传感器、光纤温度传感器及光纤液位报警器。为此先对此有关的光纤传感器技术作一介绍。
2、光纤传感器组成与类型 光纤传感器一般是由光源、接口、光导纤维、光调制机构、光电探测器和信号处理系统等部分组成。来自光源的光线,通过接口进入光纤,然后将检测的参数调制成幅度、相位、色彩或偏振信息,最后利用微处理器进行信息处理。概括光纤传感器一般由三部分组成,除光纤之外,还必须有光源和光探测器两个重要部件,见图1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。