KEYENCE基恩士光纖傳感器基本的工作原理是解析

　　KEYENCE基恩士光纖傳感器是一種利用光學(xué)原理來檢測(cè)物理量的傳感器。它采用光纖作為傳感元件，將光信號(hào)通過光纖傳輸?shù)綑z測(cè)端，通過檢測(cè)信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的測(cè)量。光纖傳感器具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)、軍事和醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

　　KEYENCE基恩士光纖傳感器的工作原理基于光纖的傳輸特性和光學(xué)傳感技術(shù)。通常，光纖傳感器由光源、光纖、檢測(cè)器和信號(hào)處理器等組成。光源產(chǎn)生一定波長的光信號(hào)，通過光纖傳輸?shù)綑z測(cè)端，由檢測(cè)器接收后將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過信號(hào)處理器進(jìn)行分析處理，得出被測(cè)物理量的數(shù)值。

　　在光纖傳感器中，光纖的傳輸特性對(duì)測(cè)量精度和可靠性起著關(guān)鍵作用。光纖的傳輸特性受到光纖材料、光纖結(jié)構(gòu)和光源等因素的影響。光纖材料一般采用石英玻璃或塑料，其折射率和衰減系數(shù)決定了光信號(hào)的傳輸速度和衰減程度。光纖的結(jié)構(gòu)包括單模光纖和多模光纖，其內(nèi)部的光線傳輸方式不同，對(duì)于不同的應(yīng)用需求可以選擇不同類型的光纖。光源的選擇也會(huì)對(duì)光纖傳輸特性產(chǎn)生影響，如光源波長和功率等參數(shù)會(huì)影響光信號(hào)的傳輸距離和強(qiáng)度。

　　通過光導(dǎo)纖維把輸入變量轉(zhuǎn)換成調(diào)制的光信號(hào)的傳感器。光纖傳感器的測(cè)量原理有兩種：一種是被測(cè)參數(shù)引起光導(dǎo)纖維本身傳輸特性變化，即改變光導(dǎo)纖維環(huán)境如應(yīng) 變、壓力、溫度等，從而改變光導(dǎo)纖維中光傳播的相位和強(qiáng)度，這時(shí)測(cè)量通過光導(dǎo)纖維的光相位或光強(qiáng)度變化，就可知道被測(cè)參數(shù)的變化;另一種是以激光器或發(fā)光 二極管為光源，用光導(dǎo)纖維作為光傳輸通道，把光信號(hào)載送入或載送出敏感元件，再與其他相應(yīng)敏感元件配合而構(gòu)成傳感器。前者屬于物性型傳感器，后者屬于結(jié)構(gòu) 型傳感器。這兩種傳感器在自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)中都有應(yīng)用。

　　KEYENCE基恩士光纖傳感器是以光學(xué)量轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，以光信號(hào)為變換和傳輸?shù)妮d體，利用光導(dǎo)纖維輸送光信號(hào)的一種傳感器。光纖傳感器主要由光源、光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)、光檢測(cè)器和附加裝置等組成。光源種類很多，常用光源有鎢絲燈、激光器和發(fā)光二極管等。 光纖很細(xì)、較柔軟、可彎曲，是一種透明的能導(dǎo)光的纖維。光纖之所以能進(jìn)行光信息的傳輸，是因?yàn)槔昧斯鈱W(xué)上的全反射原理，即入射角大于全反射的臨界角的光 都能在纖芯和包層的界面上發(fā)生全反射，反射光仍以同樣的角度向?qū)γ娴慕缑嫒肷洌@樣，光將在光纖的界面之間反復(fù)地發(fā)生全反射而進(jìn)行傳輸。附加裝置主要是一 些機(jī)械部件，它隨被測(cè)參數(shù)的種類和測(cè)量方法而變化。

　　KEYENCE基恩士光纖傳感器光纖施加到隧道壁上時(shí)，當(dāng)隧道壁材料中存在應(yīng)力時(shí)，其將使光纖產(chǎn)生應(yīng)變，這可能是由于列車沖擊的振動(dòng)或是多年來產(chǎn)生的墻壁沉降或裂縫，從相關(guān)的應(yīng)變的信息確定是否需要進(jìn)行維護(hù)。

　　光纖解調(diào)儀

　　對(duì)于測(cè)量，光纖需要連接到所謂的光纖解調(diào)器; 它能夠連續(xù)發(fā)出不同波長的光，一次一個(gè)， 這被稱為“掃描激光"。 光傳播通過光纖， 在某點(diǎn)由布拉格光柵反射，并返回解調(diào)器。

　　由于布拉格光柵具有不同周期，因此可以區(qū)分不同傳感器的信號(hào)。其余光線到達(dá)光纖末端時(shí)會(huì)折射，因此不影響測(cè)量。 從光柵返回的原始光信號(hào)可以推導(dǎo)出實(shí)際應(yīng)變，獲得材料應(yīng)力。

　　那么，為什么核心和包層之間的密度差是非常重要的呢？ 激光用于通過光纖發(fā)光， 兩種不同的纖維材料密度產(chǎn)生通道光纖內(nèi)部的光， 從而不散射光柵。 為了能進(jìn)行工作，重要的是光纖沒有太多彎曲。溫度補(bǔ)償是關(guān)鍵

　　KEYENCE基恩士光纖傳感器極易受溫度影響。隨著溫度的升高，光纖隨著溫度的升高而膨脹。折射率也發(fā)生變化。沒有補(bǔ)償，這將導(dǎo)致獲得的應(yīng)力包括溫度產(chǎn)生的應(yīng)變。有以下幾種補(bǔ)償技術(shù)，包括：

　　應(yīng)變傳感器邊上安裝KEYENCE基恩士光纖傳感器，從測(cè)量數(shù)據(jù)中減去溫度效應(yīng)來進(jìn)行數(shù)學(xué)補(bǔ)償。

　　將兩個(gè)光纖布拉格光柵放置在推挽式結(jié)構(gòu)中，使得當(dāng)處于應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，一個(gè)被壓縮，另一個(gè)被拉伸。溫度效應(yīng)對(duì)于兩者都是相同的（例如延長），但是機(jī)械應(yīng)力的影響是不同的：這樣就可以對(duì)溫度進(jìn)行數(shù)學(xué)補(bǔ)償。

　　將光纖包封在機(jī)械設(shè)備中，該材料在被測(cè)材料的相反方向上膨脹，以消除溫度效應(yīng)，并且不需要數(shù)學(xué)補(bǔ)償。

　　KEYENCE基恩士光纖傳感器廣泛應(yīng)用于生物物理領(lǐng)域，可進(jìn)行多種檢測(cè)，例如光纖DNA生物傳感器，目的DNA的堿基轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓹z測(cè)的光信號(hào)，是近年發(fā)展起來的基因快速檢測(cè)新技術(shù)，光纖生物傳感器還可用于各種毒素檢測(cè)，抗原抗體相互作用檢測(cè)等，是生物物理技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域。

　　KEYENCE基恩士光纖傳感器在朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過程中，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：抗電磁干擾和原子輻射的性能，徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能;絕緣、無感應(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。

　　KEYENCE基恩士光纖傳感器是新技術(shù)，可以用來測(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，光纖傳感器都顯示出了能力。目前光纖傳感器已經(jīng)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。