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SICK傳感器基本原理是怎樣子操作分析
2017-11-22 閱讀(286)
| 提 供 商 | 上海乾拓貿(mào)易有限公司 | 資料大小 | 6.2KB |
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SICK傳感器基本原理是怎樣子操作分析
SICK傳感器與傳統(tǒng)的機(jī)械、 電子類傳感器相比，憑借諸多優(yōu)勢使其在地震探測、環(huán)境監(jiān)測及醫(yī)療衛(wèi)生等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。 基于馬赫-曾德爾干涉儀 （MZI） 原理的傳感器是光纖傳感器中較重要的一類，已成為光纖傳感域研究的熱點(diǎn)，目前主要集中在特種光纖和特殊結(jié)構(gòu)傳感器， 但是價(jià)格比較昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用
SICK傳感器已經(jīng)應(yīng)用于環(huán)保產(chǎn)業(yè)中 的生物化學(xué)材料制造過程，它可以對液面高度、折射率、溫度和應(yīng)變進(jìn)行測量。 研究表明，對于細(xì)纖芯的低階包層光纖，纖芯模式在干擾模式中占主導(dǎo)地位，這是因?yàn)槎嗄９饫w本征模間干擾的自由光譜范圍（FSR），出了透射光譜的測量范圍。 因此，為了提高測量折射率變化的精度，可以采用基于液面靈敏性的新方法提高傳感器的靈敏度[1]
SICK傳感器的工作是否正常直接影響到社會是否能夠順利進(jìn)行， 而且，這些大型設(shè)備運(yùn)行不正常帶來的安全隱患更是不容忽視。電機(jī)振動主要是由定子鐵心、 定子繞組、 機(jī)座、 轉(zhuǎn)子及軸承五大部件可能以其固有頻率自由振動的合成。任何一部分有磨損、 裂紋或不平衡都會使固有振動頻率發(fā)生變化，導(dǎo)致合振動的變化。因此，這些設(shè)備的健康狀況可以通過對電機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生的振動信號進(jìn)行分析來得到的。目前，采用較多的是加速度傳感器，由于這種傳感器需要供電工作，容易受到電磁干擾等造成檢測到的信號出現(xiàn)錯誤。采用光纖作為傳感臂的全光纖振動傳感器， 其傳感端為光纖，屬于無源器件， 不會受到電磁干擾， 振動檢測靈敏度高，因此，在振動傳感域被廣泛的應(yīng)用。全光纖振動傳感器的另一個優(yōu)點(diǎn)是，其傳感臂是分布式的，可以同時檢測被測物理量在傳感臂分布范圍內(nèi)任意一點(diǎn)上的變化， 這是傳統(tǒng)的傳感器所無法做到的[2]
SICK傳感器多用途傳感器的制備工藝和
，將一段細(xì)光纖（TF，其包層直徑為 80μm）與一段多模光纖（MMF）熔接，然后在兩側(cè)分別熔接兩段單模光纖（SMF）。 在熔接過程中，光纖都在熔接機(jī)自動模式下進(jìn)行熔接。 雖然方法簡單，但熔接損耗增加會降低耦合率，從而影響條紋可見度、干擾頻譜并增加傳輸損耗，因此，需要進(jìn)行精細(xì)的切割和嚴(yán)格按照熔接程序操作。 在 TF 中需要摻入足量的鍺，使 TF 具有1.4735 的折射率（n），傳輸波長 1550nm 時，其模 式場直 徑 約 為 4.5μm。 SMF 的 纖 芯/包 層 直 徑 為 9.2μm/125μm，階躍 MMF 纖芯/包層為 50μm/125μm。
光信號由 SMF 引入 MMF，在 MMF-TF 熔接點(diǎn)模場失配，部分功率耦合到 TF 包層內(nèi),將在 TF 包層內(nèi)激發(fā)多個模式。同樣，在 TF-SMF 熔接點(diǎn)，隨著TF 纖芯模式干擾的增強(qiáng)，TF 包層部分功率耦合到單模光纖纖芯的基模中。當(dāng)包層直徑減小后，TF 倏逝波傳輸功率的在包層中比例將會增強(qiáng)，因此從 TF 的包層進(jìn)行光傳播，將會更有效地引發(fā)纖芯模式。此外，基模的倏逝波和周圍環(huán)境間的相互影響會導(dǎo)致透射譜中心的漂移，包層的有效折射率將隨著周圍環(huán)境因素的變化而改變。 由于干擾主要是由兩種模式形成，即占主導(dǎo)地位的低階包層模式和纖芯模式， 其結(jié)構(gòu)可被視為一個 MZI[1]
SICK傳感器長度 L 相關(guān)聯(lián)的環(huán)境變化將導(dǎo)致干擾衰減波峰的偏移，兩個干擾極小值（FSR）之間的波長間隔可以近似表示為： Δλm=4neffL (2m+1)(2m-1)≈λ2m ΔneffL
SICK傳感器值得注意的是， 該傳感器的 FSR 將隨著 TF 長度L 的 增 加 而 減 少 。為 了 測 量SMTS 結(jié)構(gòu)傳感器 纖 芯 模 式 的變化，需要通過實(shí) 驗(yàn) 來 比 較 采用單模-細(xì)纖芯-單模（STS）和 SMTS 光纖結(jié)構(gòu)這兩種情況下的不同。當(dāng) TF 長度保持48.38mm 時，SMTS 的 干 涉 條 紋 比 STS 的 可 見 度 提 高數(shù)倍，MMF 的模場直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 SMF 的模場直徑，因此，注入到 TF 的包層的光功率顯著增強(qiáng)。
此外，由于使用了 MMF，TF 的包層模式可能被激活；STS 結(jié)構(gòu)的纖芯模式 LP01 和 LP11， 由于 SMTS 和細(xì)光纖間的模場失配而激活。
為了分析干擾模式的數(shù)量和功率分布波長光譜通過傅里葉變換后得到的空間頻率譜，在零點(diǎn)占主導(dǎo)地位的峰值強(qiáng)度與纖芯模式相關(guān)。 隨著 MMF 長度變化，功率主要分布在纖芯和低階包層，這意味著不同 長 度 的 模 式 耦 合主 要 發(fā) 生 在 纖 芯 和低階包層之間。多個次強(qiáng)峰對 應(yīng) 于 高 階 包 層 模式，纖芯模式和高階包 層 模 式 間 的 干 擾同 時 改 變 了 干 擾 包絡(luò)，當(dāng)傳感器放在折射率匹配液中來消除去包層模式時，干涉現(xiàn)象基本消失不同于纖芯模式 LP11 的包層模式能夠被激發(fā)出來
