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光纤传感器测量物理参数

光纤传感为电路和电子电路无法工作的地方提供了测量解决方案。光纤传感器的工作完全基于光子,也就是通常所说的光。从物理学的角度看,光子没有质量,光子不干涉电子,光子只在特定条件下干涉其他光子。因此,即使在高电磁场、高磁场、高辐射场和极端温度的环境中,光子的行为也是可以预测和控制的。

随着光纤的出现,科学界已经学会在很小的一片玻璃中以最小的损耗或干扰引导光进行长距离的传输。如果没有光纤,大家所知道的互联网就不会存在。令人难以置信的大量信息通过光纤网络在全世界传播。

很明显,光子可以只用光来感知物理量。许多来自通信行业的光纤创新可以直接应用于光纤传感。一些最早的光纤传感器是在20世纪70年代被描述和演示的光纤旋转传感器(陀螺仪)。光纤陀螺是一种成熟的产品,具有极高的精度和可靠性,主要用于高端导航系统以及地球物理钻井设备制导系统。基于光学干扰的光纤声学传感器非常敏感,它们可以捕捉到压力波的微小变化,并探测来自令人难以置信的距离的声音——复杂的声纳应用是它们的主要应用。温度、应变、位置、速度、角度、振动和声音传感器都已实现并投入商业使用。当然,大多数其他物理量都可以用光来感知和测量。然而,并不是所有的可能性都被探索或开发了。

根据定义,光纤传感器完全由光控制,不包括任何电子元件。通常,光纤传感器是使用一定数量的光来“审问”的,并且传感器会根据被测量的物理量来改变审问光信号的特性。询问器将接收到的光学信号转换成模拟或数字形式的电子量,并作为附加控制设备的接口。

虽然光纤通信广泛应用于工业网络,但与这些网络相连的传感器通常是测量温度、压力、流量、位置、速度等的传统电子传感器。尽管今天的电子产品功能强大、功能多样、错综复杂,但还是有局限的。温度范围被限制在大约-65°C到+125°C之间,电子传感器在高电磁、磁场或辐射(x射线)下无法可靠工作。电子传感器易受雷击或高压输电线路等高压场的影响。长电链易受干扰和接地回路的影响,从而影响敏感的传感器信号。光纤线路不存在上述问题。

光纤传感器不仅比电子传感器更有优势,而且使新技术得以出现。传感器可以和病人一起部署在MRI钻孔内。该传感器不仅不受极端磁场的影响,而且在成像过程中是透明的,不可见的。这导致了新的发展,机器人集成在核磁共振孔。其他实现包括用于MRIApp算法开发的幻像器官。例如,一个人造心脏使用气动动力来移动心脏肌肉,而光纤传感器监控人造肌肉的正确运动。

显然,光纤传感器并不意味着要取代电子传感器。相反,它们增强了自动化和测量系统,允许解决方案,如果没有光纤能力,就不可能实现,或者实现起来很麻烦,光纤传感器是新技术的推动者。

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