光纖傳感器測(cè)量物理參數(shù)

光纖傳感為電路和電子電路無(wú)法工作的地方提供了測(cè)量解決方案。光纖傳感器的工作完全基于光子，也就是通常所說(shuō)的光。從物理學(xué)的角度看，光子沒(méi)有質(zhì)量，光子不干涉電子，光子只在特定條件下干涉其他光子。因此，即使在高電磁場(chǎng)、高磁場(chǎng)、高輻射場(chǎng)和極端溫度的環(huán)境中，光子的行為也是可以預(yù)測(cè)和控制的。

隨著光纖的出現(xiàn)，科學(xué)界已經(jīng)學(xué)會(huì)在很小的一片玻璃中以最小的損耗或干擾引導(dǎo)光進(jìn)行長(zhǎng)距離的傳輸。如果沒(méi)有光纖，我們所知道的互聯(lián)網(wǎng)就不會(huì)存在。令人難以置信的大量信息通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)在全世界傳播。

很明顯，光子可以只用光來(lái)感知物理量。許多來(lái)自通信行業(yè)的光纖創(chuàng)新可以直接應(yīng)用于光纖傳感。一些最早的光纖傳感器是在20世紀(jì)70年代被描述和演示的光纖旋轉(zhuǎn)傳感器(陀螺儀)。光纖陀螺是一種成熟的產(chǎn)品，具有極高的精度和可靠性，主要用于高端導(dǎo)航系統(tǒng)以及地球物理鉆井設(shè)備制導(dǎo)系統(tǒng)。基于光學(xué)干擾的光纖聲學(xué)傳感器非常敏感，它們可以捕捉到壓力波的微小變化，并探測(cè)來(lái)自令人難以置信的距離的聲音——復(fù)雜的聲納應(yīng)用是它們的主要應(yīng)用。溫度、應(yīng)變、位置、速度、角度、振動(dòng)和聲音傳感器都已實(shí)現(xiàn)并投入商業(yè)使用。當(dāng)然，大多數(shù)其他物理量都可以用光來(lái)感知和測(cè)量。然而，并不是所有的可能性都被探索或開(kāi)發(fā)了。

根據(jù)定義，光纖傳感器完全由光控制，不包括任何電子元件。通常，光纖傳感器是使用一定數(shù)量的光來(lái)“審問(wèn)”的，并且傳感器會(huì)根據(jù)被測(cè)量的物理量來(lái)改變審問(wèn)光信號(hào)的特性。詢問(wèn)器將接收到的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字形式的電子量，并作為附加控制設(shè)備的接口。

雖然光纖通信廣泛應(yīng)用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，但與這些網(wǎng)絡(luò)相連的傳感器通常是測(cè)量溫度、壓力、流量、位置、速度等的傳統(tǒng)電子傳感器。盡管今天的電子產(chǎn)品功能強(qiáng)大、功能多樣、錯(cuò)綜復(fù)雜，但還是有局限的。溫度范圍被限制在大約-65°C到+125°C之間，電子傳感器在高電磁、磁場(chǎng)或輻射(x射線)下無(wú)法可靠工作。電子傳感器易受雷擊或高壓輸電線路等高壓場(chǎng)的影響。長(zhǎng)電鏈易受干擾和接地回路的影響，從而影響敏感的傳感器信號(hào)。光纖線路不存在上述問(wèn)題。

光纖傳感器不僅比電子傳感器更有優(yōu)勢(shì)，而且使新技術(shù)得以出現(xiàn)。傳感器可以和病人一起部署在MRI鉆孔內(nèi)。該傳感器不僅不受極端磁場(chǎng)的影響，而且在成像過(guò)程中是透明的，不可見(jiàn)的。這導(dǎo)致了新的發(fā)展，機(jī)器人集成在核磁共振孔。其他實(shí)現(xiàn)包括用于MRI軟件算法開(kāi)發(fā)的幻像器官。例如，一個(gè)人造心臟使用氣動(dòng)動(dòng)力來(lái)移動(dòng)心臟肌肉，而光纖傳感器監(jiān)控人造肌肉的正確運(yùn)動(dòng)。

顯然，光纖傳感器并不意味著要取代電子傳感器。相反，它們?cè)鰪?qiáng)了自動(dòng)化和測(cè)量系統(tǒng)，允許解決方案，如果沒(méi)有光纖能力，就不可能實(shí)現(xiàn)，或者實(shí)現(xiàn)起來(lái)很麻煩，光纖傳感器是新技術(shù)的推動(dòng)者。