光纤传感器在测量技术中的应用

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  由于光纤传感器及技术具有较其它传感器不能够比拟的特点，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趋势，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。

  还具有灵敏度较高、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，能解决许多传统传感器没有办法解决的问题，故自从它问世以来，就被大范围的应用于医疗、交通、电力、机械、石油化学工业、民用建筑以及航空航天等所有的领域。值此，将讨论光纤传感器在石油化学工业领域应用，即油库油罐液位、温度信号实时监测系统中的设计的具体方案(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。

  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所组成。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所组成，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。

  光纤传感器大体上分为两大类：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。

  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透射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透射能力随气温变化，光纤另一端接收元件所接受的光强也随被测温度而改变。于是经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(c)所示，当温度上升时，其透过率曲线向长波长方向挪动。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随温度上升向长波方向位移。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明显的变化，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。

  基于全内反射原理，可以设计成光纤液位传感器。光纤液位传感器是由以下三部分组成：

  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，故有绝缘性能好和抗电磁噪声等优点。

  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，球面部的光透射量增大，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。

  在实际应用中应注意，光纤液面传感器不宜用于检测粘附在敏感元件玻璃表面的物质。怎么检验测试液位？

  在装有液体的槽内。将敏感元件安装在液面下预定检测的高度。当液面低于这一高度时，从敏感元件产生的反射光量就增加，根据这时，发生的信号就能检测出液面位置。若在不同高度安装敏感元件，则可检测液面的高度。

  4、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模块设计方案。

  图0所示可知，监测系统分别由中央控制式的中央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；中央监控单元能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。而中央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，中央监控单元处于主控位置，而现埸采集单元可以每时每刻响应中央监控单元的命令。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，抗干扰性、可靠性、实时性等特点。所有的光纤液位传感器、光纤温度传感器及光纤液位报警器都能够最终靠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：

  实现非电检测，本质安全，防爆，解决了石油、石化等易燃易爆危险场合多种参量的安全检测和生产过程；

  4。22采用光纤温度传感器(或光纤光栅温度传感器更好，但成本高)，适用于各种恶劣环境的温度测量，测量精度高，本身安全防爆，可靠性好、灵敏度较高，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，通过接收系统来进行解调，测定窄带光的中心波长，从而测定现场温度。

  4。23采用光纤液位报警器，该光纤液位报警器是根据光折射和反射原理，研制而成的定点液位检验测试仪器，适用液位定点检测和控制，耐高压，抗污染、安全方便、常规使用的寿命长。

  关于软件，其操作系统可采用Windows糸列平台；监测软件可用组态监控软件。

  该监测系统实现自动监测、显示、报警、打印等功能，为油库罐区的现代化管理打下了基础。系统人机对话方便简洁，系统构成灵活易扩展，系统可靠性高，应该说系统可靠性高，具备比较好的推广价值。

  充分应用CAN网络和光纤传感器的特点，可以将总系统的扩展-远程油库油罐的液位、温度信号实时监测系统。

  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趋势，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。

  仪器仪表行业接地也是有研究的，只有正确的接地才可能正真的保证测量精度及人身及设备的安全。下面就为大家指出十个小技巧，能帮助您更好地接地。 一、控制管理系统AC 电源应该来自于一个分开的系统，与别的设备和使用分开; 二、电源在设计时应该考虑到初始电流的冲击，至少能承受10个周期; 三、控制管理系统AC接地应该建立在隔离变压器或UPS上，或者在附近; 四、控制管理系统工作站AC电源应该使用专门的插座; 五、当连接现场设备电源有几个I/O接口转接器时，应该使用隔离栅条; 六、控制管理系统AC电源应该由隔离变压器或UPS供给; 七、当AC和DC输入连接到同样的接线排，接线排必以适当的警告标签标出; 八、AC接地线应该与载流线型号相当或大一号; 九、预留一根额

  康宁公司宣布，康宁中国研发中心在上海正式落成。这也是它在中国大陆开设的首个研发中心，进一步体现了其致力于中国市场新产品创新的承诺。 据悉，该研发中心将致力于本地新产品应用的开发，包括应用于环境技术中的陶瓷载体、显示科技玻璃以及应用于通信行业的 光纤传感器 。同时，该中心也将热情参加康宁-中科院上海硅酸盐研究所联合实验室的联合研发。 “三十余年以来，我们与中国本土人才及专家携手开发、应用最先进的技术，积极致力于促进中国经济的发展。”康宁大中华区总裁李放说，“在以后的日子里，我们将继续加深拓展与当地技术伙伴的合作，共同探索突破性的创新，通过提供创新产品来真正改善人们的生活品质。” “创新是康宁公司最核心的

  1、前言-光纤传感器与测量技术是仪器仪表领域新的发展趋势 由于光纤传感器及技术具有较其它传感器不能够比拟的特点，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趋势，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。 还具有灵敏度较高、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。

  中的应用 /

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