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光纤传感器的发展趋势和应用

时间:2019-02-11 18:56:54 来源:诺亚彩票 作者:匿名



近年来,传感器已经朝着敏感,精确,适应性强,紧凑和智能的方向发展。在此过程中,光纤传感器是传感器系列的新成员,受到青睐。光纤具有许多优异的性能,如:抗电磁干扰和原子辐射性能,细径,柔软,重量轻的机械性能;绝缘,无感电性能;耐水性,耐高温性,耐腐蚀性,化学性质等。可用于人们无法到达的地方(如高温区域或核辐射区域等对人体有害的区域),可以发挥人眼和耳朵的作用,也可以超越人的生理界限,感受到受者的感官。外部信息。

基本工作原理和应用领域

光纤传感器的基本工作原理是通过光纤将光从光源发送到调制器,使待测参数与进入调制区域的光相互作用,从而产生光的光学特性(如光的强度,波长,频率,相位,正常状态的变化等称为调制信号光,通过光纤发送到光电探测器并解调得到测量参数。

光纤传感器用于测量物理量,例如磁力,声音,压力,温度,加速度,陀螺仪,位移,液位,扭矩,光声,电流和应变。光纤传感器广泛应用,涵盖了国民经济和国防以及人们日常生活的几乎所有重要领域。特别是,它们可以安全有效地用于恶劣环境,解决了许多行业多年来存在的许多技术问题。市场需求。主要在以下应用领域:

●在城市建设中应用干涉陀螺仪和光栅压力传感器,用于桥梁,水坝,油田等。光纤传感器可预埋在混凝土,碳纤维增强塑料和各种复合材料中,以测试应力松弛,施工应力和动荷载应力,以评估桥梁在短期施工和长期运行期间的结构性能。

●在电力系统中,需要测量温度和电流等参数,如高压变压器的温度检测和大型电动机的定子和转子。由于电传感器易受电磁场干扰,因此不能用于此类场合。使用光纤传感器。分布式光纤温度传感器是一种实时开发的高科技,用于实时测量空间温度场分布。分布式光纤温度传感系统不仅具有通用光纤传感器的优点,而且还具有沿光纤的每个点的温度。利用分布传感功能,我们可以实时地沿光纤连续测量几公里内每个点的温度。定位精度可达数米级,测量精度可达1度。它非常适合大规模交叉口温度测量。应用。光纤传感器的分类

光纤传感器可分为两类:一类是功能(传感型)传感器;另一种是非功能性(透光型)传感器。

功能传感器利用光纤本身的特性将光纤用作敏感元件,并通过测量来调制光纤中传输的光,以改变透射光的强度,相位,频率或偏振态的特性,以及现在被调制。解调传导以导出被测信号。

光纤不仅是光导介质而且是敏感元件,并且光在光纤中被测量和调制,并且经常使用多模光纤。

优点:结构紧凑,灵敏度高。缺点:需要特殊纤维,成本高。典型示例:光纤陀螺仪,光纤水听器等

非功能性传感器使用其他敏感组件来感测测量的变化。光纤仅用作信息传输介质,通常使用单模光纤。光纤仅用作光导,并且在光纤型敏感部件上测量和调制照明。

优点:无需特殊纤维等特殊技术,易于实施,成本低廉。缺点:灵敏度低。大多数实用的是非功能性光纤传感器

目前,有70多种光纤传感器,光纤声传感器是利用光纤本身的传感器。当光纤受到非常小的外力时,会发生微弯曲,并且其光传输能力发生很大变化。声音是一种机械波。它在光纤上的作用是强制和弯曲光纤。声音可以通过弯曲获得。光纤陀螺仪也是一种光纤传感器。与激光陀螺仪相比,光纤陀螺仪灵敏度高,体积小,成本低,可用于飞机,轮船和导弹的高性能惯性民航系统。

荧光光纤传感器

与化学传感器不同,光纤生物传感器使用荧光免疫能力原理来检测分析物。 Shriver-Lake等。开发了一种适用于多靶检测的荧光光纤传感器,可以使用免疫竞争方法同时检测TNT和RDX(三甲基三硝基胺)炸药。它们将抗体固定在纤维表面上,荧光标记的抗原与纤维表面上的游离抗原竞争。通过检测荧光强度的变化,可以定量检测炸药的体积分数。需要指出的是,虽然荧光纤维生物传感器具有灵敏度高,选择性好的优点,但使用稳定性差是一个难以克服的缺陷。随着新型荧光敏感材料的出现,爆炸物的荧光检测方法也在不断发展。利用微纳米粒子材料与表面相比的特性,Swager小组采用逐层组装技术将共轭荧光聚合物固定在微球表面,生成能够灵敏检测硝基芳香炸药的功能性荧光微球材料。 。它被称为“智能沙子”。针对共轭荧光聚合物薄膜荧光传感器的局限性,提出了一种基于固定化多环芳烃超分子行为的薄膜材料设计新思路,并制备了十多种新型传感薄膜材料。选择性检测有机二酸等。研究发现,在这些薄膜中,钌官能化薄膜对空气中硝基芳香族化合物的存在非常敏感,其灵敏度与共轭荧光聚合物薄膜相当,具有良好的应用前景。预计薄膜荧光传感器的巨大优势将不可避免地导致在超灵敏和快速检测硝基芳香炸药中的实际应用。

分布式光纤监控技术

20世纪70年代,随着光纤和光纤通信技术的发展,光纤监测技术迅速发展。与传统的监测技术相比,光纤监测技术具有许多独特的优势:

●光纤传感器以光信号为载体,光纤为介质,光纤的芯材为二氧化硅。因此,该传感器具有耐腐蚀,抗电磁干扰,防雷等特性,并且本质上是安全的。

●纤维本身轻盈灵活。光纤传感器体积小,重量轻。它不仅局限于布局和安装,而且对埋入部分的材料特性和力学参数影响不大,可以实现无损嵌入。

●灵敏度高,可靠性好,使用寿命长。除了上述特点外,分布式光纤监测技术还具有以下两个显着优点:它可以准确地测量沿光纤任意点的监测量,具有大量的信息和直观的结果;光纤既作为传感器又作为传输介质。结构简单,不仅便于施工,潜在故障远低于传统技术,可维护性强,性价比高。

分布式光纤经久耐用,安全可靠。由它形成的网络可以分布在大坝上。这些纤维网络就像神经系统,可以感知大坝各个部分的相关信息。因此,大坝有望成为一个智能结构。分布式光纤监测技术是当代高科技的结晶。这是一个理想的大坝安全监测系统,大多数安全监测工作者应积极推动。光纤温度测量技术

光纤测温技术是近年来发展起来的一项新技术,并逐渐显示出一些优良的特性。然而,就像其他新技术一样,光纤温度测量技术并非万能的。它不是传统方法的替代品,而是传统温度测量方法的补充和改进。通过利用其优势,可以创建新的温度测量解决方案和技术应用,如下所述:

●强电磁场下的温度测量。高频和微波加热方法受到越来越多的关注,并且正在扩展以下领域:金属的高频熔化,焊接和淬火,橡胶的硫化,木材和织物的干燥,以及制药,化学甚至家庭烹饪。光纤温度测量技术在这些领域具有绝对的优势,因为它没有由导电部件引起的额外加热并且不受电磁场的影响。

●高压电器的温度测量。最典型的应用是高压变压器绕组热点的温度测量。英国电能研究中心从20世纪70年代中期开始研究这个话题,最初用于故障诊断和预测,后来用于计算机电源管理应用,转移到安全过载运行,使系统处于最佳配电状态。状态。另一种应用是用于高压设备,例如发电机,高压开关,过载保护设备,甚至架空电力线和地下电缆。

●易燃易爆材料生产工艺和设备的温度测量。光纤传感器基本上是防火和防爆装置。它不需要防爆措施,非常安全可靠。与电子传感器相比,它可以降低成本并提高灵敏度。例如,大型化工厂的反应罐在高温高压状态下工作,实时监测反应罐的表面温度特性,确保其正常工作,并沿着表面铺设纤维。将反应罐放入温度传感网格中,以便监测任何热点。有效防止事故发生。

●高温介质的温度测量。在冶金工业中,当温度高于1300℃或1700℃,或者温度不高但使用条件差时,仍存在许多温度测量问题。充分发挥光纤测温技术的优势,其中一些技术有望得到解决。例如,钢水,铁水和相关设备的连续温度测量,高炉炉体的温度分布等与国内外的这种研究有关。●桥梁安全检查。在国内桥梁安全检测项目中,采用光纤光栅传感器检测桥梁在各种条件下的应力应变和温度变化。八个光纤光栅应变传感器和四个光纤光栅温度传感器布置在桥的选定端面上。八个光纤光栅应变传感器串联连接一个通道,四个温度传感器串联连接一个通道,然后通过光纤传输。到桥梁管理办公室实现桥梁的集中管理。根据测试结果,FBG传感器获得的测试数据与预期结果一致。

●钢铸试验。当铸造连续铸造机时,为了防止钢水被氧化并改善质量,希望钢水在与空气完全隔离的状态下从大袋流到中间包。然而,实际上,当铸造捆包时,操作者在视觉上判断炉渣是否流出,因此在捆包铸造结束之前的5到10分钟之间破坏密封状态。为了防止板坯质量下降和误判炉渣,已经开发出一种纤维渣检测装置。

摘录自:中国计量与测量网络

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