P+F光纤传感器是一种利用光在光纤中传播时的物理特性来检测各种物理量的装置。其基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤送入调制器,使待测参数与进入调制区的光相互作用后,导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化,成为被调制的信号源。然后,这个被调制的光信号再经过光纤送入光电器件,经解调器后获得被测参数。
1、光发送器(光源)
功能:产生并发射初始光信号,为传感器提供检测基础。
类型:通常采用半导体光源,如发光二极管(LED)、激光二极管或红外发射二极管。
特点:光束可连续发射或以脉冲形式发射,以适应不同检测需求。
2、敏感元件(光纤或非光纤)
功能:作为光信号与被测量之间的交互界面,通过被测量调制光的特性(如强度、相位、频率等)。
类型:
光纤型:利用光纤传输光信号,并通过光纤本身的特性(如弯曲、折射率变化)实现光调制。
非光纤型:采用反射镜、棱镜等光学元件,通过改变光路或光强实现调制。
应用场景:光纤型敏感元件适用于长距离传输和复杂环境检测,非光纤型则更灵活,适用于特定空间布局。
3、光接收器(光电转换元件)
功能:将调制后的光信号转换为电信号,便于后续处理。
类型:
光电二极管:将光信号直接转换为电流信号,响应速度快,但灵敏度较低。
光电三极管:在光电二极管基础上增加放大功能,灵敏度更高,但响应速度稍慢。
光电池:无需外加电压即可工作,光电转换效率高,适用于低光照环境。
特点:接收器前通常装有光学元件(如透镜、光圈),以优化光信号接收效果。
4、信号处理系统
功能:对电信号进行滤波、放大、数字化等处理,提取有效信息并输出被测量结果。
组成:
检测电路:滤除噪声,提取有效信号。
放大电路:增强信号强度,提高检测灵敏度。
数字化模块:将模拟信号转换为数字信号,便于后续分析或传输。
输出形式:开关信号(用于位置检测、物体识别等)或模拟信号(用于连续测量,如距离、液位等)。
5、光纤(传输介质)
功能:传输光信号,连接光发送器、敏感元件和光接收器。
类型:
光源光纤:将光发送器发出的光引导至敏感元件。
接收光纤:将敏感元件调制后的光信号输送至光接收器。
特点:光纤具有抗电磁干扰、耐腐蚀、传输距离远等优点,适用于工业自动化、机器人等复杂环境。
6、辅助结构元件(可选)
发射板:用于对射型传感器,固定发射器并优化光束方向。
光导纤维:扩展传感器使用范围,实现特殊嵌装式收发装置。
反光板:用于反射式传感器,将光束反射回接收器,简化安装布局。
外壳与密封件:保护内部元件免受灰尘、水分等环境因素影响,确保传感器长期稳定运行。