常见光纤传感器比较

2011-03-24 11:47:04来源: 互联网 关键字:常见  比较
法布利-比罗特(简称FP)、布拉格光栅(简称FBG)和荧光式光纤传感器都是当前流行,技术上也比较先进的传感器。因为它们都是基于光纤,所以有很多共同的特点,比如抗电磁干扰可应用于恶劣环境(没有加入电磁过程),传输距离长(光纤中光衰减慢),使用寿命长, 结构小巧等等,这里就不再赘述。我们将重点讨论他们的不同。

精度

应该说它们都具有很高的精度,都可以满足绝大多数需求。但如果进行深入的探讨,从理论上,光纤光栅传感器所能达到的精度要为高。从加工的角度来说FP的传感精度主要决定于腔长的加工精度,而FBG的精度主要决定于光栅周期间距与有效折射率的控制。当加工精度都得到保证的时候,FBG将凭借其本身测量机理中优异线性度取胜。从传感原理可以看出,FP的腔长变化转化为Δλ是通过相位变化和干涉实现的,这是一个非线性过程,而FBG直接通过公式λB=2neffΛ 实现有效折射率和光栅周期关于Δλ的转化,完全线性,理论上说将能提供更好的精度。除此以外,光纤光栅反射光在频域内较之FP干涉极大波包更为尖锐,因此对其中心谱线的测量也应当更为精确。荧光式测温精度主要取决于荧光物质受激发出荧光的特性和对荧光光强度变化的检测,目前的技术工艺水平,使其测量精度与前两种技术相当,其成本会随精度和测量范围而变化。但在实际产品中,测量精度受到具体厂家对产品本身的材料、工艺加工水平、信号解调器分辨率等客观因素的影响,还需要针对具体的产品进行具体对比

集成度与组网

在这方面,FBG无疑有着很明显优势。光纤光栅其本身的特点使得每个探点仅利用相当少的光源分量,绝大部分光都透过并继续传播。根据上文介绍,一根光纤上可以最多同时使用30个光栅,传输距离超过45km。这一特点无疑为组网带来巨大便利。同时波分复用等技术的使用,也提高了这一技术的可行性。总得来说FBG非常适合做大范围多节点的分布式测量。至于FP和荧光式,则对于小规模的网络将更容易实现。

复杂度

FP和荧光式系统的复杂度应当远低于FBG,其中荧光式最简单。 正如原理部分所阐述,前两种传感器技术最终都归结到对Δλ的测量,明显的,因为FBG的信号弱,并且多伴有解复用要求,其系统要远复杂于FP。而荧光式属于光强检测,相对更加简单。

响应频率

响应频率更多的取决于网络的设计与滤波解调设备的响应速度。 FBG需要一个高性能的解调解复用接收端,接收端的处理能力往往会影响到其响应频率。 FP和荧光式因其相对简单,响应频率一般可以得到保证。

光源

根据上文的讨论,FBG对光源的要求相当高,需要大功率宽带光源或可调谐光源。而FP和荧光式的要求则要低得多,这得益于FP有较强的反射信号,及荧光式的光源仅需起到激发荧光的作用即可

灵活性与适用范围

三者的探头都是相当小巧与灵活的,但是FBG显然要受制于复杂的波长移位检测技术。在温度较高的环境中(300 °C) 左右,光栅将有可能被擦去。所以FBG不适用于较大的温度范围。

成本

根据以上讨论,就单测点(或少数测点,如少于50个测点)时,FP和荧光式系统因为复杂性低,波长移位检测技术简单,光源要求低等条件,无疑要占据优势。而荧光式最具成本优势。然而,对于大型超过50节点的系统,FP和荧光式因为其组网的困难,会带来的成本的迅速上升。

综上所述,一般认为FBG传感器适用于大型,复杂,高精度要求的低温分布式传感网络。而FP和荧光式响应频率快(可达200KHz)、探头体积小(微米量级)、光源寿命长等优点,则适用于灵活,小型,简单的传感系统。荧光式尤其具备高温测量和低成本的优势。

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编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2011/0324/article_944.html
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