基恩士光纤传感器应用领域介绍
基恩士光纤传感器由光源、传感单元、传输单元构成，以光纤为媒介，利用光纤外的外界因素使光纤中光波的光强、相位、偏振态、频率等参数发生变化，从而对温度、应变、振动、速度、电流、电压、磁场等众多物理量进行测量并传输数据。光纤既是传感元件又是传输介质。光纤作为传感元件，具有抗电磁干扰、抗腐蚀、体积小易嵌入等优势;光纤作为传输介质，传输损耗低，可以传输数百千米。因此光纤传感器特别适合在基恩士光纤传感器干扰及空间狭窄的恶劣环境下使用，也可与现有光通信技术结合，组成大型物联网，扩展传统传感器应用范围，在很多情况下完成传统电传感器难以甚至不能完成的任务。
纤芯与包层是光纤的主体，对光波的传播起着决定性作用。纤芯多为石英玻璃，直径一般为5?75μm,材料主体为二氧化硅，其中掺杂其他微量元素，以提高纤芯的折射率。包层直径很小，一般为100?200μm,其材料主体也为二氧化硅，但折射率略低于纤芯。涂覆层的材料一般为硅酮或丙烯酸盐，主要用于隔离杂光。护套的材料一般为尼龙或其他有机材料，用于提高光纤的机械强度，保护光纤。一般，没有涂覆层和护套的光纤，则称为裸纤。
光纤的种类很多，从不同的角度出发，有不同的分类。一般，有以下四种分类。
(1)按光纤材料可分七种：石英系光纤、多组分玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤、液芯光纤、晶体光纤、红外材料光纤。
(2)按光纤横截面上折射率的分布可分二类：阶跃型(突变型)光纤、梯度型(自聚焦或渐变型)光纤。
阶跃光纤及其纤芯折射率径向分布如图5-2(a)所示，在纤芯和包层两种介质内部，折射率均匀分布，即加、均为常数，因此在纤芯与包层的分界处折射率产生阶跃变化。梯度光纤的纤芯折射率沿径向呈非线性规律递减，故亦称渐变折射率光纤。图5-2(b)为一种常见的梯度光纤及其折射率径向分布。
(3)按传输模式多少可分二类：单模光纤与多模光纤，其示意图如图5-3所示。光纤中传播的模式就是光纤中存在的电磁场场形或者光场场形(HE)。其各种场形，都是光波导中经过多次的反射和干涉的结果，而各种模式是离散的。由于驻波才能在光纤中稳定的存在，它的存在反映在光纤横截面上就是各种形状的光场，即各种光斑。如果是一个光斑，我们称这种光纤为单模光纤(SingleMode),它只传输主模，也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输。由于单模光纤避免了模式色散，从而使得它的传输频带很宽，因而适用于大容量、长距离的光纤通信。一般，单模光纤使用的光波长为1310nm或1550nm0图5-3所示的单模光纤光线轨迹图。
基恩士光纤传感器若为两个以上光斑，我们称它为多模光纤(MultiMode),即它有多个模式在光纤中传输。由于色散或像差的关系，这种光纤的传输性能较差，频带比较窄，传输容量也比较小，所以传输距离比较短。如图5-3所示的多模光纤光线轨迹图。
(4)按光纤工作波长可分三种：0.8?0.9呻的短波长光纤、1-1.7gm的长波长光纤、2gm以上的超长波长光纤。
由于光纤的材料与制造工艺的不同，使光在光纤中传输时会有一定的衰减，其衰减量一般用dB/km表示。而不同波长的光，在光纤中传播时造成的衰减是不一样的。光波长与传输损耗的关系如图5-4所示，由图可知，在以纳米(nm)表示波长的一些特定点上，其光的衰减最小。因此,光纤通信中常用的光波长，一般选用使光衰减量最小的850nm、1300nm及1550nm等波长。
2.光纤的传光原理
对于阶跃光纤，由于纤芯与包层的折射率均为常数，因此光在光纤内的传播途径为折线，如图5-5所示。
图5-5光在光纤内的传播
假设纤芯的折射率为n1,包层的折射率为n2,由折射定律可知，在纤芯与包层分界处，入射角θ1与折射角θ2存在如下关系
由于纤芯折射率大于包层折射率，即n1＞n2,因此折射角大于入射角，即θ2＞θ1.随着入射角θ1的增大，折射θ2随之增大。当折射角θ2=90°时，折射消失，入射光线全部被反射，从而发生全反射。根据折射定律，满足全反射条件的最小入射角θc为
当入射角θ1＞θc时，光线不再进入包层，而是在光纤内不断反射并向前传播，直至从光纤的另一端射出，这就是光纤的传光原理。
由图6-5可知，光线从外界介质(如空气的折射率为n0)射入纤芯后，能够实现全反射的最大入射角θ0应满足
式中，nosinθo称为数值孔径，用NA表示：与之对应的最大入射角θo，则称为张角。
数值孔径NA是衡量光纤集光性能的主要参数。其表征的含义在于，无论光源发射的功率多大，只有入射角处于张角θo内的光线才能被光纤接收，并在光纤内部连续发生全反射，最终传播到光纤另一端。数值孔径NA越大，表示光纤的集光能力越强。
基恩士光纤传感器分类
1)根据输出光信号解调参量的形式，光纤传感器分为：相位或强度传感器。
2)根据工作方式的不同，光纤传感器可分为分立式和分布式。其中分立式光纤传感器又包括光纤光栅传感器、光纤陀螺仪、光纤水听器等。
3)根据传感原理，光纤传感器可以分为传感型和传光型。
3、光纤传感器应用领域
光纤传感器可应用于监控等领域。
1)基恩士光纤传感器的结构监测是光纤传感器应用的领域。力学参量的测量对于房屋、铁路、道路、桥梁、矿井、隧道、堤坝、机场、电站等工程建筑物的维护和是否正常工作的监测是非常重要的。通过测量上述结构的应力应变分布，可预知结构局部的载荷。光纤传感器可贴在结构表面或埋入结构内部，对其同时进行健康监测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等，以监视结构的缺陷情况。
本文地址： https://www.xsyiq.com/10363.html
网站内容如侵犯了您的权益，请联系我们删除。
