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技術(shù)文章
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器發(fā)展及運(yùn)用

德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器,使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后,導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等)發(fā)生變化,成為被調(diào)制的信號(hào)源,在經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器,經(jīng)解調(diào)后,獲得被測(cè)參數(shù)。
原理
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器,使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后,導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等)發(fā)生變化,稱為被調(diào)制的信號(hào)光,再利用被測(cè)量對(duì)光的傳輸特性施加的影響,完成測(cè)量。
1.光纖的結(jié)構(gòu)
2.光纖的傳光原理
3.德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器工作原理
(1)功能型——利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成
(2)傳光型——光纖僅僅起傳輸光的作用,它在光纖端面或中間加裝其它敏感元件感受被測(cè)量的變化。[2] 
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器的測(cè)量原理有兩種。
(1)物性型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器原理,物性型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器是利用光纖對(duì)環(huán)境變化的敏感性,將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。其工作原理基于光纖的光調(diào)制效應(yīng),即光纖在外界環(huán)境因素,如溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等等改變時(shí),其傳光特性,如相位與光強(qiáng),會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。
因此,如果能測(cè)出通過(guò)光纖的光相位、光強(qiáng)變化,就可以知道被測(cè)物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器。激光器的點(diǎn)光源光束擴(kuò)散為平行波,經(jīng)分光器分為兩路,一為基準(zhǔn)光路,另一為測(cè)量光路。外界參數(shù)(溫度、壓力、振動(dòng)等)引起光纖長(zhǎng)度的變化和相位的光相位變化,從而產(chǎn)生不同數(shù)量的干涉條紋,對(duì)它的模向移動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù),就可測(cè)量溫度或壓等。
(2)結(jié)構(gòu)型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器原理,結(jié)構(gòu)型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器是由光檢測(cè)元件(敏感元件)與光纖傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì),所以又稱為傳光型或非功能型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器。
性能
光纖具有很多優(yōu)異的性能,例如:具有抗電磁和原子輻射干擾的性能,徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能;絕緣、無(wú)感應(yīng)的電氣性能;耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等,它能夠在人達(dá)不到的地方,或者對(duì)人有害的地區(qū)(如核輻射區(qū)),起到人的耳目的作用,而且還能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。
特點(diǎn)
一、靈敏度較高;
二、幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性,可以制成任意形狀的德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器;
三、可以制造傳感各種不同物理信息(聲、磁、溫度、旋轉(zhuǎn)等)的器件;
四、可以用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕、或其它的惡劣環(huán)境;
五、而且具有與光纖遙測(cè)技術(shù)的內(nèi)在相容性。
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)的各類傳感器相比,德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器用光作為敏感信息的載體,用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì),具有光纖及光學(xué)測(cè)量的特點(diǎn),有一系列*的優(yōu)點(diǎn)。電絕緣性能好,抗電磁干擾能力強(qiáng),非侵入性,高靈敏度,容易實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控,耐腐蝕,防爆,光路有可撓曲性,便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)接。
傳感器朝著靈敏、、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展,它能夠在人達(dá)不到的地方(如高溫區(qū)或者對(duì)人有害的地區(qū),如核輻射區(qū)),起到人的耳目作用,而且還能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。
概述
傳感器在朝著靈敏、、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過(guò)程中,德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器這個(gè)傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具有很多優(yōu)異的性能,例如:具有抗電磁和原子輻射干擾的性能,徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能;絕緣、無(wú)感應(yīng)的電氣性能;耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等,它能夠在人達(dá)不到的地方(如高溫區(qū)),或者對(duì)人有害的地區(qū)(如核輻射區(qū)),起到人的耳目的作用,而且還能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。
特點(diǎn)
1因反射體中使用了棱鏡,所以與通用的反射型光控傳感器器相比,其檢測(cè)性能更高、更可靠
2 與分離式光控傳感器相比,電路連接更簡(jiǎn)單容易。
3 子母扣嵌入式的設(shè)計(jì),安裝更為簡(jiǎn)單
用途
1用于、網(wǎng)絡(luò)寬帶等數(shù)字型號(hào)傳輸。
2用于自動(dòng)售貨機(jī)、金融終端有關(guān)的設(shè)備、點(diǎn)鈔機(jī)的紙幣、卡、硬幣、存折等的通過(guò)情況
3用于自動(dòng)化設(shè)備上產(chǎn)品定位、計(jì)數(shù)、識(shí)別。
應(yīng)用
絕緣于污穢、磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉(zhuǎn)矩、光聲、電流,德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器可用于位移、震動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、壓力、彎曲、應(yīng)變、速度、加速度、電流、磁場(chǎng)、電壓、濕度、溫度、聲場(chǎng)、流量、濃度、PH值和應(yīng)變等物理量的測(cè)量。德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器的應(yīng)用范圍很廣,幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防上所有重要領(lǐng)域和人們的日常生活,尤其可以安全有效地在惡劣環(huán)境中使用,解決了許多行業(yè)多年來(lái)一直存在的技術(shù)難題,具有很大的市場(chǎng)需求。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的應(yīng)用:
城市建設(shè)中橋梁、大壩、油田等的干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器的應(yīng)用。德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器可預(yù)埋在混凝土、碳纖維增強(qiáng)塑料及各種復(fù)合材料中,用于測(cè)試應(yīng)力松弛、施工應(yīng)力和動(dòng)荷載應(yīng)力,從而評(píng)估橋梁短期施工階段和長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)性能。
在電力系統(tǒng),需要測(cè)定溫度、電流等參數(shù),如對(duì)高壓變壓器和大型電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)的溫度檢測(cè)等,由于電類傳感器易受電磁場(chǎng)的干擾,無(wú)法在這類場(chǎng)合中使用,只能用德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器。分布式光纖溫度傳感器是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種用于實(shí)時(shí)測(cè)量空間溫度場(chǎng)分布的高新技術(shù),分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)不僅具有普遍德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn),還具有對(duì)光纖沿線各點(diǎn)的溫度的分布傳感能力,利用這種特點(diǎn)我們可以連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量光纖沿線幾公里內(nèi)各點(diǎn)溫度,定位精度可達(dá)米的量級(jí),測(cè)量精度可達(dá)1度的水平,非常適用大范圍交點(diǎn)測(cè)溫的應(yīng)用場(chǎng)合。
此外,德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器還可以應(yīng)用于鐵路監(jiān)控、火箭推進(jìn)系統(tǒng)以及油井檢測(cè)等方面。
光纖同時(shí)具備寬帶、大容量、遠(yuǎn)距離傳輸和可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)、分布式、低能耗傳感的顯著優(yōu)點(diǎn)。光纖傳感可以不斷汲取光纖通信的新技術(shù)、新器件,各種德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器有望在物聯(lián)網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。
案例
應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域
隨著德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器技術(shù)的發(fā)展,在土木工程領(lǐng)域德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器得到了廣泛的應(yīng)用,用來(lái)測(cè)量混凝土結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)部應(yīng)力,檢測(cè)大型結(jié)構(gòu)、橋梁健康狀況等,其中主要的都是將德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器作為一種新型的應(yīng)變傳感器使用。
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器可以黏貼在結(jié)構(gòu)物表面用于測(cè)量,同時(shí)也可以通過(guò)預(yù)埋實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部物理量的測(cè)量。利用預(yù)先埋入的德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器,可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷過(guò)程中內(nèi)部應(yīng)變的測(cè)量,再根據(jù)荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線斜率,可確定結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的形成和擴(kuò)展方式。通過(guò)混凝土實(shí)驗(yàn)表明,光纖測(cè)試的載荷-應(yīng)變曲線比應(yīng)變片測(cè)試的線性度高。
應(yīng)用于檢測(cè)技術(shù)
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器在航天(飛機(jī)及航天器各部位壓力測(cè)量、溫度測(cè)量、陀螺等)、航海(聲納等)、石油開采(液面高度、流量測(cè)量、二相流中空隙度的測(cè)量)、電力傳輸(高壓輸電網(wǎng)的電流測(cè)量、電壓測(cè)量)、核工業(yè)(放射劑量測(cè)量、原子能發(fā)電站泄露劑量監(jiān)測(cè))、醫(yī)療(血液流速測(cè)量、血壓及心音測(cè)量)、科學(xué)研究(地球自轉(zhuǎn))等眾多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。
應(yīng)用于石油工業(yè)
在石油測(cè)井技術(shù)中,可以利用德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器實(shí)現(xiàn)井下石油流量、溫度、壓力和含水率等物理量的測(cè)量。較成熟的應(yīng)用是采用非本征光纖F—P腔傳感器測(cè)量井下的壓力和溫度。非本征光纖F-P腔傳感器利用光的多光束干涉原理,當(dāng)被測(cè)的溫度或者壓力發(fā)生變化時(shí)干涉條紋改變,光纖F—P腔的腔長(zhǎng)也隨之發(fā)生變化,通過(guò)計(jì)算腔長(zhǎng)的變化實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的測(cè)量。
應(yīng)用于溫度測(cè)量
光纖傳感技術(shù)是伴隨光通信的迅速發(fā)展而形成的新技術(shù)。在光通信系統(tǒng)中,光纖是光波信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸?shù)拿劫|(zhì)。當(dāng)光波在光纖中傳輸時(shí),表征光波的相位、頻率、振幅、偏振態(tài)等特征參量,會(huì)因溫度、壓力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等外界因素的作用而發(fā)生變化,故可以將光纖用作傳感器元件,探測(cè)導(dǎo)致光波信號(hào)變化的各種物理量的大小,這就是德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器。利用外界因素引起光纖相位變化來(lái)探測(cè)物理量的裝置,稱為相位調(diào)制傳感型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器,其他還有振幅調(diào)制傳感型、偏振態(tài)調(diào)制型、傳光型等各種德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器。
應(yīng)用于測(cè)量金屬絲楊氏模量
采用傳感器測(cè)量?jī)x代替光杠桿鏡尺組組成新的楊氏模量測(cè)量系統(tǒng),不僅操作簡(jiǎn)短,而且提高了測(cè)量結(jié)果的度和準(zhǔn)確度。金屬絲傳統(tǒng)的拉伸法的基本原理是將金屬絲受到砍碼的作用力后的微小伸長(zhǎng)形變量通過(guò)鏡尺組的光路轉(zhuǎn)換而將之放大若干倍數(shù),從而得到微小伸長(zhǎng),再通過(guò)計(jì)算得到楊氏模量值。
  而自從有的傳感器,我們把德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器測(cè)量新方法和上述方法對(duì)比,德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器的測(cè)量在靈敏度、度及準(zhǔn)確度上都有提高。紅外光測(cè)距系統(tǒng)測(cè)量的基本原理為采用紅外光德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器直接測(cè)量微小位移,紅外光德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器對(duì)于3mm以內(nèi)的微小距離測(cè)量的線性度是非常高的。系統(tǒng)由傳感器測(cè)量?jī)x與反射式光纖位移傳感器組成.
  反射式光纖位移傳感器的工作原理是采用兩束多模光纖,一端合并組成光纖探頭,另一端分為兩束,分別作為接收光纖和光源光纖。當(dāng)光發(fā)射器發(fā)生的紅外光,經(jīng)光源光纖照射至反射體,被反射的光經(jīng)接收光纖,傳至光電轉(zhuǎn)換元件將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。其輸出的光強(qiáng)與反射體距光纖探頭的距離之間存在一定的函數(shù)關(guān)系,所以可通過(guò)對(duì)光強(qiáng)的檢測(cè)得到位移量。在楊氏模量?jī)x的金屬絲處的圓柱體上利用磁鐵固定鍍鎳反射金屬片,使其能隨鋼絲伸長(zhǎng)而移動(dòng)。在支架臺(tái)上固定紅外傳感器,而后在傳感器測(cè)量?jī)x上通過(guò)改變位移將實(shí)驗(yàn)得到的電勢(shì)差值,通過(guò)多次測(cè)試,既轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器測(cè)量?jī)x自帶的螟旋測(cè)微儀,也即改變探頭與金屬片的距離和位置,當(dāng)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)記錄的鋼絲仲長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的電勢(shì)差值時(shí),記錄此時(shí)的螺旋測(cè)微儀讀數(shù)。測(cè)試表明采用紅外光測(cè)距此方法操作簡(jiǎn)單。只需將探頭和反射片安裝好后就可以直接開始在托盤上加法碼實(shí)際測(cè)量了,側(cè)量的結(jié)果是明顯優(yōu)于傳統(tǒng)測(cè)試。
分類
根據(jù)光受被測(cè)對(duì)象的調(diào)制形式可以分為:強(qiáng)度調(diào)制型、偏振態(tài)制型、相位制型、頻率制型;
根據(jù)光是否發(fā)生干涉可分為:干涉型和非干涉型;
根據(jù)是否能夠隨距離的增加連續(xù)地監(jiān)測(cè)被測(cè)量可分為:分布式和點(diǎn)分式;
根據(jù)光纖在傳感器中的作用可以分為:一類是功能型(Functional Fiber,縮寫為FF)傳感器,又稱為傳感型傳感器; 另一類是非功能型(Non Functional Fiber縮寫為NFF),又稱為傳光型傳感器。
功能型傳感器
功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件, 被測(cè)量對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制, 使傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化, 再通過(guò)對(duì)被調(diào)制過(guò)的信號(hào)進(jìn)行解調(diào), 從而得出被測(cè)信號(hào)。
光纖在其中不僅是導(dǎo)光媒質(zhì),而且也是敏感元件,光在光纖內(nèi)受被測(cè)量調(diào)制,多采用多模光纖。
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高。
缺點(diǎn):須用特殊光纖,成本高,
典型例子:光纖陀螺、光纖水聽器等
非功能型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器
非功能型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器是利用其它敏感元件感受被測(cè)量的變化, 光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì),常采用單模光纖。
光纖在其中僅起導(dǎo)光作用,光照在光纖型敏感元件上受被測(cè)量調(diào)制。
優(yōu)點(diǎn):光纖即可用于電氣隔離,有用于數(shù)據(jù)傳輸,且光纖傳輸?shù)男盘?hào)不受電磁干擾的影響。
實(shí)用化的大都是非功能型的德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器。AnyWay的變頻電壓傳感器、變頻電流傳感器、變頻功率傳感器(一種電壓、電流組合式傳感器)就屬于非功能型的德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器,在復(fù)雜電磁環(huán)境下的電量測(cè)量中,有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器是近幾年出現(xiàn)的新技術(shù),可以用來(lái)測(cè)量多種物理量,比如聲場(chǎng)、電場(chǎng)、壓力、溫度、角速度、加速度等,還可以完成現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)難以完成的測(cè)量任務(wù)。在狹小的空間里,在強(qiáng)電磁干擾和高電壓的環(huán)境里,德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器都顯示出了*的能力。德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器有70多種,大致上分成光纖自身傳感器和利用光纖的傳感器。
所謂光纖自身的傳感器,就是光纖自身直接接收外界的被測(cè)量。外接的被測(cè)量物理量能夠引起測(cè)量臂的長(zhǎng)度、折射率、直徑的變化,從而使得光纖內(nèi)傳輸?shù)墓庠谡穹⑾辔?、頻率、偏振等方面發(fā)生變化。測(cè)量臂傳輸?shù)墓馀c參考臂的參考光互相干涉(比較),使輸出的光的相位(或振幅)發(fā)生變化,根據(jù)這個(gè)變化就可檢測(cè)出被測(cè)量的變化。光纖中傳輸?shù)南辔皇芡饨缬绊懙撵`敏度很高,利用干涉技術(shù)能夠檢測(cè)出10的負(fù)4次方弧度的微小相位變化所對(duì)應(yīng)的物理量。利用光纖的繞性和低損耗,能夠?qū)⒑荛L(zhǎng)的光纖盤成直徑很小的光纖圈,以增加利用長(zhǎng)度,獲得更高的靈敏度。
光纖布拉格光柵傳感器
光纖布拉格光柵傳感器(FBS)是一種使用頻率高,范圍廣的德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器,這種傳感器能根據(jù)環(huán)境溫度以及/或者應(yīng)變的變化來(lái)改變其反射的光波的波長(zhǎng)。光纖布拉格光柵是通過(guò)全息干涉法或者相位掩膜法來(lái)將一小段光敏感的光纖暴露在一個(gè)光強(qiáng)周期分布的光波下面。這樣光纖的光折射率就會(huì)根據(jù)其被照射的光波強(qiáng)度而改變。這種方法造成的光折射率的周期性變化就叫做光纖布拉格光柵。
當(dāng)一束廣譜的光束被傳播到光纖布拉格光柵的時(shí)候,光折射率被改變以后的每一小段光纖就只會(huì)反射一種特定波長(zhǎng)的光波,這個(gè)波長(zhǎng)稱為布拉格波長(zhǎng),這種特性就使光纖布拉格光柵只反射一種特定波長(zhǎng)的光波,而其它波長(zhǎng)的光波都會(huì)被傳播。
按光纖在德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器中的作用可分為傳感型和傳光型兩種類型。
傳感型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器的光纖不僅起傳遞光作用,同時(shí)又是光電敏感元件。由于外界環(huán)境對(duì)光纖自身的影響,待測(cè)量的物理量通過(guò)光纖作用于傳感器上,使光波導(dǎo)的屬性(光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等)被調(diào)制。傳感器型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器又分為光強(qiáng)調(diào)制型、相位調(diào)制型、振態(tài)調(diào)制型和波長(zhǎng)調(diào)制型等。
傳光型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器
傳光型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器是將經(jīng)過(guò)被測(cè)對(duì)象所調(diào)制的光信號(hào)輸入光纖后,通過(guò)在輸出端進(jìn)行光信號(hào)處理而進(jìn)行測(cè)量的,這類傳感器帶有另外的感光元件對(duì)待測(cè)物理量敏感,光纖僅作為傳光元件,必須附加能夠?qū)饫w所傳遞的光進(jìn)行調(diào)制的敏感元件才能組成傳感元件。德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器根據(jù)其測(cè)量范圍還可分為點(diǎn)式德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器、積分式德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器、分布式德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器三種。其中,分布式德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器被用來(lái)檢測(cè)大型結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布,可以快速無(wú)損測(cè)量結(jié)構(gòu)的位移、內(nèi)部或表面應(yīng)力等重要參數(shù)。用于土木工程中的德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器類型主要有Math-Zender干涉型德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器,F(xiàn)abry-pero腔式德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器,光纖布喇格光柵傳感器等。
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器的輕巧性、耐用性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性,使其能夠方便的應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)和混凝土等各種建筑材料的內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變檢測(cè)。實(shí)現(xiàn)的建筑結(jié)構(gòu)的健康檢測(cè)。
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器的另外一個(gè)大類是利用光纖的傳感器。其結(jié)構(gòu)大致如下:傳感器位于光纖端部,光纖只是光的傳輸線,將被測(cè)量的物理量變換成為光的振幅,相位或者振幅的變化。在這種傳感器系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的傳感器和光纖相結(jié)合。光纖的導(dǎo)入使得實(shí)現(xiàn)探針化的遙測(cè)提供了可能性。這種光纖傳輸?shù)膫鞲衅鬟m用范圍廣,使用簡(jiǎn)便,但是精度比類傳感器稍低。
光纖在傳感器家族中是*,它憑借著光纖的優(yōu)異性能而得到廣泛的應(yīng)用,是在生產(chǎn)實(shí)踐中值得注意的一種傳感器。
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器憑借著其大量的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為傳感器家族的*,并且在各種不同的測(cè)量中發(fā)揮著自己獨(dú)到的作用,成為傳感器家族中*的一員。
環(huán)境分析
隨著中國(guó)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用環(huán)境的不斷發(fā)展,儀器儀表行業(yè)日新月異,當(dāng)前儀器儀表行業(yè)面臨新的發(fā)展,這一行業(yè)的十二五規(guī)劃(草案),也根據(jù)新時(shí)期的要求,提出了重點(diǎn)發(fā)展的若干關(guān)鍵技術(shù),這對(duì)行業(yè)未來(lái)發(fā)展無(wú)疑有著重要的指導(dǎo)意義。
新型傳感器技術(shù)包括固態(tài)硅傳感器技術(shù)、光纖傳感技術(shù)、生物芯片技術(shù)、基因芯片技術(shù)、圖像傳感器技術(shù)、全固態(tài)慣性傳感器技術(shù)等。“十二五”將以智能傳感器作為重點(diǎn),進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。在光纖傳感領(lǐng)域,重點(diǎn)發(fā)展新原理、新效應(yīng)的傳感技術(shù),傳感器智能技術(shù),傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),微型化和低功耗技術(shù)以及傳感器陣列及多功能多參數(shù)設(shè)計(jì)、制造和封裝技術(shù)。
目前有數(shù)百個(gè)單位在這一領(lǐng)域開展工作,如清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、天津大學(xué)、重慶大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等,他們?cè)诠饫w溫度傳感器、壓力計(jì)、流量計(jì)、液位計(jì)、電流計(jì)等領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究。此外,在武漢、上海、廣東、深圳等地,還建立了許多光纖無(wú)源器件生產(chǎn)廠家,市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1200億元以上。

行業(yè)分析
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器,使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后,導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等)發(fā)生變化,成為被調(diào)制的信號(hào)光,在經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器,經(jīng)解調(diào)后,獲得被測(cè)參數(shù)。
由于在傳統(tǒng)終端市場(chǎng)的應(yīng)用可能性擴(kuò)大以及新應(yīng)用領(lǐng)域的新興機(jī)會(huì)所推動(dòng),2013年德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器市場(chǎng)規(guī)模為18.9億美元。預(yù)計(jì),到2020年,德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器市場(chǎng)預(yù)計(jì)達(dá)35億美元(約合人民幣217.2億元)。
傳統(tǒng)終端市場(chǎng)包括航空航天、國(guó)防、石油天然氣開采、基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展和電信行業(yè)。傳統(tǒng)終端市場(chǎng)的發(fā)展將繼續(xù)推進(jìn)德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器市場(chǎng)的增長(zhǎng)。通信行業(yè)從3G到4G網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)過(guò)渡、關(guān)注智能結(jié)構(gòu)的增長(zhǎng)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的新興增長(zhǎng)、石油天然氣領(lǐng)域的發(fā)展都為市場(chǎng)增長(zhǎng)提供了重要機(jī)遇。
尤其是在新興市場(chǎng)中,如中國(guó)和印度,增長(zhǎng)的制造活動(dòng)、上升的汽車需求、穩(wěn)定的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)活動(dòng)以及國(guó)防支出的增加,都成為德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器行業(yè)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)因素。
組成結(jié)構(gòu)
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器網(wǎng)的三種基本構(gòu)成
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器網(wǎng)有三種基本構(gòu)成,其中一個(gè)叫單點(diǎn)式傳感器。一根光纖在這里僅僅起到傳輸?shù)淖饔?,另外一種叫多點(diǎn)式傳感器,在這里一根光纖把很多傳感器串起來(lái),這樣很多傳感器可以共用光源實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性監(jiān)測(cè)。再有就是智能德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器。
多點(diǎn)式德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器,從外表看就是一節(jié)光柵,通過(guò)紫外線照射發(fā)現(xiàn)有周期性的間隔。當(dāng)有光纖入射的時(shí)候,如果光纖的波長(zhǎng)正好等于間隔的兩倍,那么這個(gè)光波將會(huì)受到強(qiáng)烈的反射,而如果光纖受到溫度變化或者應(yīng)變等等,這個(gè)反射波長(zhǎng)將會(huì)發(fā)生變化,這種傳感器在一根光纖上可以做很多個(gè),把它連接起來(lái)就可以用于各種各樣的傳感應(yīng)用。
因?yàn)楣饫w是軟的,它可以兩維、三維,所以橫軸是空間的位置,縱軸是測(cè)量對(duì)象。這樣一個(gè)傳感網(wǎng)解決了什么問(wèn)題呢?它解決了在什么位置上發(fā)生了什么事情,那個(gè)事情有多少個(gè)強(qiáng)度的問(wèn)題,也就是提供了兩維的信息。這就是智能德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器所需要解決的問(wèn)題,它有非常突出的特點(diǎn)要求,包括體積小、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好,可植入材料中??闺姶鸥蓴_、耐環(huán)境。
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器已經(jīng)成功應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。我們看到A-380和波音787,它們的特點(diǎn)是超過(guò)一半數(shù)量是碳纖維,比如說(shuō)碳纖維符合樹脂有幾種缺失,一個(gè)是層與層之間的剝離,由于這種材料比較強(qiáng),所以很難像鋁合金材料那樣實(shí)行碳酸檢測(cè),所以研究人員現(xiàn)在開始研究把德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器埋到復(fù)合材料當(dāng)中去,由于這種材料一層大概125微米的厚度,所以這種德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器必須是特別細(xì)小的德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器,大概直徑在50個(gè)微米左右。
我們說(shuō)德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器網(wǎng)可以成為安全安心社會(huì)的神經(jīng)網(wǎng)。德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器網(wǎng)可以用語(yǔ)光纖通訊網(wǎng)的診斷技術(shù)。德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器網(wǎng)在安防方面已經(jīng)有很多的應(yīng)用,國(guó)內(nèi)有很多企業(yè)在這方面開展了卓有成效的工作。
發(fā)展前景
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上,應(yīng)用為廣泛的光纖傳感技術(shù)當(dāng)屬布拉格光纖光柵和基于光時(shí)域反射的分布式傳感器,這種技術(shù)基本上可以滿足中低端市場(chǎng)的需求。而現(xiàn)在光譜線寬窄至2kHz的單頻光纖激光器及其引申出來(lái)的一代光傳感技術(shù),這與傳統(tǒng)的光纖傳感有很大的區(qū)別,它可以進(jìn)行超遠(yuǎn)距離的傳輸,精度和敏感度能達(dá)到更高的要求,這在市場(chǎng)上需求很大,21世紀(jì)初,該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚處于立項(xiàng)和預(yù)研階段。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器應(yīng)用主要在以下四種:光纖陀螺、光纖光柵傳感器、光纖電流傳感器和光纖水聽器。下面對(duì)這四種產(chǎn)品分別介紹一下。
一、光纖陀螺。 光纖陀螺按原理可分為干涉型、諧振型和布里淵型,這是三代光纖陀螺的代表。代干涉型光纖陀螺,21實(shí)際初期,該項(xiàng)技術(shù)就已經(jīng)成熟,適合進(jìn)行批量生產(chǎn)和商品化;第二代諧振型光纖陀螺,暫時(shí)還處于實(shí)驗(yàn)室研究向?qū)嵱没七M(jìn)的發(fā)展階段;第三代布里淵型,它還處于理論研究階段。光纖陀螺結(jié)構(gòu)根據(jù)所采用的光學(xué)元件有三種實(shí)現(xiàn)方法:小型分立元件系統(tǒng)、全光纖系統(tǒng)和集成光學(xué)元件系統(tǒng)。21世紀(jì)初期,分立光學(xué)元件技術(shù)已經(jīng)基本退出,全光纖系統(tǒng)用在開環(huán)低精度、低成本的光纖陀螺中,集成光學(xué)器件陀螺由于其工藝簡(jiǎn)單、總體重復(fù)性好、成本低,所以在高精度光纖陀螺很受歡迎,是其主要實(shí)現(xiàn)方法。
二、光纖光柵傳感器。 目前國(guó)內(nèi)外傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一光纖布拉格光柵傳感器。傳統(tǒng)德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器基本上可分為兩種類型:光強(qiáng)型和干涉型。光強(qiáng)型傳感器的缺點(diǎn)在于光源不穩(wěn)定,而且光纖損耗和探測(cè)器容易老化;干涉型傳感器由于要求兩路干涉光的光強(qiáng)同等,所以 需要固定參考點(diǎn)而導(dǎo)致應(yīng)用不方便。21世紀(jì)初期開發(fā)的以光纖布拉格光柵為主的光纖光柵傳感器可以避免出現(xiàn)上面兩種情況,其傳感信號(hào)為波長(zhǎng)調(diào)制、復(fù)用能力強(qiáng)。在建筑健康檢測(cè)、沖擊檢測(cè)、形狀控制和振動(dòng)阻尼檢測(cè)等應(yīng)用中,光纖光柵傳感器是理想的靈敏元件。光纖光柵傳感器在地球動(dòng)力學(xué)、航天器、電力工業(yè)和化學(xué)傳感中有廣泛的應(yīng)用。
三、光纖電流傳感器。電力工業(yè)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)電力傳輸系統(tǒng)容量不斷增加,運(yùn)行電壓等級(jí)也越來(lái)越高,電流也越來(lái)越大,這樣測(cè)量起來(lái)就非常困難,這就顯現(xiàn)出光纖電流傳感器的優(yōu)點(diǎn)了。在電力系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的用來(lái)測(cè)量電流的傳感器是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ),這就存在以下缺點(diǎn):它容易爆炸以至引起災(zāi)難性事故;大故障電流會(huì)造成鐵芯磁飽和;鐵芯發(fā)生共振效應(yīng);頻率響應(yīng)慢;測(cè)量精度低;信號(hào)易受干擾;體積重量大、價(jià)格昂貴等等,已經(jīng)很難滿足新一代數(shù)字電力網(wǎng)的發(fā)展需要。這個(gè)時(shí)候光纖電流傳感器應(yīng)運(yùn)而生。
四、光纖水聽器。 光纖水聽器主要用來(lái)測(cè)量水下聲信號(hào),它通過(guò)高靈敏度的光纖相干檢測(cè),將水聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào),并通過(guò)光纖傳至信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別。與傳統(tǒng)水聽器相比,光纖水聽器具有靈敏度高、響應(yīng)帶寬寬、不受電磁干擾等特點(diǎn),廣泛用于軍事和石油勘探、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域,具有很大的發(fā)展?jié)摿?。光纖水聽器按原理可分為干涉型、強(qiáng)度型、光柵型等。干涉型光纖水聽器關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成熟,在部分領(lǐng)域形成產(chǎn)品;光纖光柵水聽器則是當(dāng)前研究的熱點(diǎn),研究的關(guān)鍵技術(shù)涉及光源、光纖器件、探頭技術(shù)、抗偏振衰落技術(shù)、抗相位衰落技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)以及工程技術(shù)等。
德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器技術(shù)是建立在光纖、光通信和光電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,電磁干擾和腐蝕作用對(duì)它的影響很小,還能適應(yīng)各種惡劣的氣象環(huán)境,不要額外的電源進(jìn)行供電,就可以長(zhǎng)距離的進(jìn)行傳輸,已成為傳感器行業(yè)的研究熱點(diǎn)。
傳感器一直朝著靈敏、、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過(guò)程中,德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器這個(gè)傳感器家族的新成員倍卻是倍受青睞。
  光纖具有很多優(yōu)異的性能,例如:抗電磁干擾和原子輻射的性能。德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器應(yīng)用于對(duì)磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉(zhuǎn)矩、光聲、電流和應(yīng)變等物理量的測(cè)量。其應(yīng)用范圍十分廣泛。因此我們可以說(shuō)德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器具有很大的市場(chǎng)需求,不說(shuō)長(zhǎng)久,至少在未來(lái)5年,德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器將會(huì)有廣闊的發(fā)展前景。
光纖傳感技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展,滿足了各類控制裝置及系統(tǒng)對(duì)信息的獲取與傳輸提出的更高要求,使得各領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來(lái)越高,作為系統(tǒng)信息獲取與傳輸核心器件的德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器的研究非常重要。德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器技術(shù)發(fā)展的主要方向是:(1)多用途。即一種德國(guó)赫斯曼HIRSCHMANN光纖傳感器不僅只針對(duì)一種物理量,要能夠?qū)Χ喾N物理量進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。(2)提高分布式傳感器的空間分辨率、靈敏度,降低其成本,設(shè)計(jì)復(fù)雜的傳感器網(wǎng)絡(luò)工程。注意分布式傳感器的參數(shù),即壓力、溫度,特別是化學(xué)參數(shù)(碳?xì)浠衔?、一些污染物、濕度、PH值等)對(duì)光纖的影響。(3)新型傳感材料、傳感技術(shù)等的開發(fā)。(4)在惡劣條件下(高溫、高壓、化學(xué)腐蝕)低成本傳感器(支架、連接、安裝)的開發(fā)和應(yīng)用。(5)光纖連接器及與其它微技術(shù)結(jié)合的微光學(xué)技術(shù)。
光纖傳感運(yùn)用主要分為五大方向:
(1)石油和天然氣——油藏監(jiān)測(cè)井下的P/T傳感、地震陣列、能源工業(yè)、發(fā)電廠、鍋爐及蒸汽渦輪機(jī)、電力電纜、渦輪機(jī)運(yùn)輸、煉油廠;
(2)航空航天——噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)身;
(3)民用基礎(chǔ)建設(shè)——橋梁、大壩、道路、隧道、滑坡;
(4)交通運(yùn)輸——鐵路監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)中的重量、運(yùn)輸安全;
(5)生物醫(yī)學(xué)——醫(yī)用溫度壓力、顱內(nèi)壓測(cè)量、微創(chuàng)手術(shù)、一次性探頭。

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