一文读懂光纤压力和振动传感器
光纤压力和振动传感器也可分为元件型和传输型两种，前者用光纤作敏感元件，后者用光纤作传输线。
压力和振动使光纤形变，从而改变光在光纤中的传输特性，这就是元件型光纤传输器的工作原理。下图示出加压力的两种形式。图（a）是对光纤均匀加压，使光纤折射率、形状和尺寸变化，从而导致光纤的传播速度改变和极化面旋转。在光纤的输出端用滤波器去掉不需要的信号。图（b）是对光纤多点加压，使光纤由于折射率不是连续变化的而导致传播光散乱，从而增加损耗。采用弯曲形变方法，微小压力变化即能引起很大的传播光损耗变化。
元件型光纤传感器的原理
根据上述原理制作的光纤压力和振动传感器其结构如下图所示。图（a）示出将光纤夹在波浪形受压板之间的压力传感器，加压板使光纤生成许多细小的弯曲形变，这种传感器对低频压力变化特别灵敏，可检测最小100 μPa的压力。图（b）示出将光纤弯成U型的振动传感器，在U型前端(弯曲率3cm)加振幅为50的振动时，可观测到受到百分之几振幅调制的输出光。
光纤压力和振动传感器
此外，在压力测量技术中，微压及微差压力的传感技术一直是一个难题，特别是为获得与其相应的灵敏度及可靠性方面存在一些难以解决的问题。采用光纤传感器技术可以得到较好的效果。其方法是：将一个具有一定反射率且质地柔软的反射镜，贴在承受压力（压差）的膜片上，当压（差）力使膜片发生微小变形时，便会改变反射镜所反射的入射光纤的光强，从而测得其压（差）力，如下图所示。
光纤压力传感器结构原理图
传输型光纤传感器是在光纤前端安装传感器，光纤仅作信号传输线。下图是用于测量血管血压的光纤压力传感器。图（a）是在多模光纤前端用液晶敏感压力的光纤压力传感器，当液晶受力作用时，入射光的反射光强度发生变化。图（b）是利用受压板光反射的光纤压力传感器，发射和接收光的光纤均是多股的。受压板到光纤束端的距离为g，从发射光的光纤射出的光被受压板反射，当受压板受力作用时（距离g变化），在接收光的光纤输出端受光器的输出发生变化。这种传感器的测量误差小于266.644 Pa。
图 传输型光纤压力传感器
下图所示是远距离测量振动的传输型光纤振动传感器，其光源是波长为750 μm和850 μm的能在高频交替发光的两个发光二极管。图（b）是由波长透过率不同的两个滤波器构成的振动传感器，光投射到该传感器上。若光源频率高于振动频率，则可认为 λ1 和 λ2 光点位置不变， λ1 和 λ2 的反射光强度随振动变化作差动变化。因为光源及光纤传输特性的变化，对于 λ1 和 λ2 来说是同相的，所以图（a）电路获得的振动传感器的信号光和参考光强度的对数比信号，用交变频率作同步检波。然后由 λ1 和 λ2 的信号差，可进行不受光源和光纤特性变动影响的稳定测量。
光纤振动传感器
光纤压力和振动传感器发展的主要障碍是温度性能差，但入们希望它在医疗和远距离测量领域实用化，故正在开发稳定而方便使用的传感器。
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Null
电子行业从业者。
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