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,*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*须有光源和光探测器两个重要部件,见图1 所示。
光纤传感器一般分为两大类:一类是传光型,也称非功能型光纤传感器;另一类是传感型,或称为功能型光纤传感器。前者多数使用多模光纤,以传输更多的光量;而传感型光纤传感器,是利用被测对象调制或改变光纤的特性,所以只能用单模光纤。
测量用的光纤传感技术
光纤温度传感器-传光型光纤温度传感器
位图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*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*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。
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*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*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*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。
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:
a 接触液体后光反射量的检测器件即光敏感元件;
b 传输光信号的双芯光纤;
c 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*缘性能好和*电磁噪声等优点。
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*量*,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。
光纤传感器与基于CAN总线网络组成的油库油罐的液位、温度信号实时监测系统设计方案
监测系统组成
图0所示可知,监测系统分别由*控制式的*监控单元和现埸采集单元(或数据采集单元)组成。现埸采集单元对油罐的液位、温度信号进行数据的实时采集,同时完成数据统计、存贮;*监控单元可以定期或不定期地从现埸采集单元获取数据并完成图像监测、数据统计、报表、打印及数据库管理。而*监控单元和现埸采集单元之间通过CAN总线连接在一起,在这个网络中,*监控单元处于主控位置,而现埸采集单元可以*响应*监控单元的命令。其现埸采集单元由单片机8C552 及采集、存储、显示、遥控和通信模块组成,每个现埸采集单元可与光纤液位传感器、光纤温度传感器及光纤液位报警器等16个设备相接。之所以应用CAN总线网络结构是内由于CAN网络具有的方便灵活、突出特性,*干扰性、*性、实时性等特点。*的光纤液位传感器、光纤温度传感器及光纤液位报警器都可以通过一对双绞线串接在一起,节省了空间、简化了布线。
油罐液位信号的检测采用光纤液位计
光纤液位计应用于油田油库处理,主要是依靠光纤本身的某些传感功能和光传输信息的特征:
a 可以实现非接触*测,对被测对象无干扰、无污染;
b 实现非电检测,本质*,*爆,解决了石油、石化等易燃易爆危险场合多种参量的*检测和生产过程;
c 具有*、高*缘性,*电磁干扰、*雷电干扰。
采用光纤温度传感器
适用于各种恶劣环境的温度测量,测量精度高,本身**爆,*性好、灵敏度高,是理想的一种温度测量仪。工作时,光源发出的连续宽带光,经传输光缆传送量现场,感温探头内测量光栅对该宽带光有选择性地反射附一窄带光,经同一传输光缆传送到调制解调器,通过接收系统进行解调,测定窄带光的中心波长,从而测定现场温度。
结语
因为光纤传感器与测量技术是当今仪器仪表领域新的发展方向,其测量用的光纤传感器有很多种类,有很多种工作方式。要仔细地考虑项目的具体的应用要求,作好选择。
三轴转台,又称三自由度飞行模拟装置,多功能*测试设备等,用于模拟飞行器飞行时的俯仰角、航向角、横滚角及各种飞行扰动,具有位置、速率、摇摆、伺服等功能,主要分为单轴转台、双轴转台、三轴转台、多轴转台(三轴以上)。
E系列三轴转台,可配温控箱无限旋转,这类转台无论在设计、技术性能和紧凑性上都可谓是*性的。它们都基于相同的设计理念,这可以大幅度降*和保养费。
2、功能及用途:
主要用于飞行器和舰船测试所需的运动*和实验,用于惯性测量单元的测试、标定,系统*等磁传感器标定、陀螺仪标定、设备运动*、加速度试验等。在航空、航海、有着广泛应用。
3、技术指标
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