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類型分類:
科普知識
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光纖傳感器

常見光纖傳感器比較

發(fā)布日期:2022-10-09 點擊率:79

法布利-比羅特(簡稱FP)、布拉格光柵(簡稱FBG)和熒光式光纖傳感器都是當前流行,技術上也比較先進的傳感器。因為它們都是基于光纖,所以有很多共同的特點,比如抗電磁干擾可應用于惡劣環(huán)境(沒有加入電磁過程),傳輸距離長(光纖中光衰減慢),使用壽命長, 結構小巧等等,這里就不再贅述。我們將重點討論他們的不同。

精度

應該說它們都具有很高的精度,都可以滿足絕大多數需求。但如果進行深入的探討,從理論上,光纖光柵傳感器所能達到的精度要為高。從加工的角度來說FP的傳感精度主要決定于腔長的加工精度,而FBG的精度主要決定于光柵周期間距與有效折射率的控制。當加工精度都得到保證的時候,FBG將憑借其本身測量機理中優(yōu)異線性度取勝。從傳感原理可以看出,FP的腔長變化轉化為Δλ是通過相位變化和干涉實現的,這是一個非線性過程,而FBG直接通過公式λB=2neffΛ 實現有效折射率和光柵周期關于Δλ的轉化,完全線性,理論上說將能提供更好的精度。除此以外,光纖光柵反射光在頻域內較之FP干涉極大波包更為尖銳,因此對其中心譜線的測量也應當更為精確。熒光式測溫精度主要取決于熒光物質受激發(fā)出熒光的特性和對熒光光強度變化的檢測,目前的技術工藝水平,使其測量精度與前兩種技術相當,其成本會隨精度和測量范圍而變化。但在實際產品中,測量精度受到具體廠家對產品本身的材料、工藝加工水平、信號解調器分辨率等客觀因素的影響,還需要針對具體的產品進行具體對比

集成度與組網

在這方面,FBG無疑有著很明顯的優(yōu)勢。光纖光柵其本身的特點使得每個探點僅利用相當少的光源分量,絕大部分光都透過并繼續(xù)傳播。根據上文介紹,一根光纖上可以最多同時使用30個光柵,傳輸距離超過45km。這一特點無疑為組網帶來巨大便利。同時波分復用等技術的使用,也提高了這一技術的可行性。總得來說FBG非常適合做大范圍多節(jié)點的分布式測量。至于FP和熒光式,則對于小規(guī)模的網絡將更容易實現。

復雜度

FP和熒光式系統(tǒng)的復雜度應當遠低于FBG,其中熒光式最簡單。 正如原理部分所闡述,前兩種傳感器技術最終都歸結到對Δλ的測量,明顯的,因為FBG的信號弱,并且多伴有解復用要求,其系統(tǒng)要遠復雜于FP。而熒光式屬于光強檢測,相對更加簡單。

響應頻率

響應頻率更多的取決于網絡的設計與濾波解調設備的響應速度。 FBG需要一個高性能的解調解復用接收端,接收端的處理能力往往會影響到其響應頻率。 FP和熒光式因其相對簡單,響應頻率一般可以得到保證。

光源

根據上文的討論,FBG對光源的要求相當高,需要大功率寬帶光源或可調諧光源。而FP和熒光式的要求則要低得多,這得益于FP有較強的反射信號,及熒光式的光源僅需起到激發(fā)熒光的作用即可。

靈活性與適用范圍

三者的探頭都是相當小巧與靈活的,但是FBG顯然要受制于其復雜的波長移位檢測技術。在溫度較高的環(huán)境中(300 °C) 左右,光柵將有可能被擦去。所以FBG不適用于較大的溫度范圍。

成本

根據以上討論,就單測點(或少數測點,如少于50個測點)時,FP和熒光式系統(tǒng)因為復雜性低,波長移位檢測技術簡單,光源要求低等條件,無疑要占據優(yōu)勢。而熒光式最具成本優(yōu)勢。然而,對于大型超過50節(jié)點的系統(tǒng),FP和熒光式因為其組網的困難,會帶來的成本的迅速上升。

綜上所述,一般認為FBG傳感器適用于大型,復雜,高精度要求的低溫分布式傳感網絡。而FP和熒光式響應頻率快(可達200KHz)、探頭體積小(微米量級)、光源壽命長等優(yōu)點,則適用于靈活,小型,簡單的傳感系統(tǒng)。熒光式尤其具備高溫測量和低成本的優(yōu)勢。

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