光纤传感器应用的注意事项

   2024-04-01 工业品商城15
核心提示:1. 光纤目前市场上常见的光纤类型包括阶跃型及梯度型多模光纤以及单模光纤。在选择合适的光纤时需要综合考虑多个因素:(1) 光纤的数值孔径NA(Numerical Aperture)为了提高光源与光纤之间的耦合效率,通常会希望选取较大的NA值。然而,过大的NA也将导致光纤的模色散更为显著,从而降低信息传输容量。然而对于绝大多数光纤

1. 光纤

目前市场上常见的光纤类型包括阶跃型及梯度型多模光纤以及单模光纤。在选择合适的光纤时需要综合考虑多个因素:

(1) 光纤的数值孔径NA(Numerical Aperture)

为了提高光源与光纤之间的耦合效率,通常会希望选取较大的NA值。然而,过大的NA也将导致光纤的模色散更为显著,从而降低信息传输容量。然而对于绝大多数光纤传感器应用场景来说,并未出现信息容量受限的情况。为此,光纤的最佳数值孔径应介于0.2至0.4之间。

(2) 光纤传输损耗

传输损耗已成为衡量光纤性能的关键指标,它极大地限制了远距离光纤通信中继站点的部署。而在光纤传感器系统内,大部分传感距离相对较短,长程场景下可能不到4米,甚至短至仅几毫米。尤其是对于用作敏感元件的特种光纤,其传输损耗要求可以适度放宽,一般我们建议选择传输损耗小于10 dB/km的型号。

(3) 色散

色散是影响光纤信息传输容量的重要参数之一。如前所述,对于传感器组件,我们可以适当地放宽这方面的要求。

(4) 光纤强度

对于所有类型的传感器,强度都是我们首要关注的问题。

2. 光源

(1) 白炽光源

白炽光源发出的电磁辐射几乎接近于黑体辐射。其优势在于:售价较为平民化,易于获得,且操作简便。然而,在应用于传感器领域时,由于该类光源的辐射密度相对较低,所以需选择与光纤束和粗芯阶跃光纤匹配使用。不过,其稳定性稍显不足,寿命有限。

(2) 气体激光器

气体激光器属于高相干性光源,易于实现单模工作模式,具有极佳的线性特性;同时,其辐射密度较高,与单模光纤的耦合效率优异;此外,气体激光器的噪音水平相对较低。

(3) 固体激光器

当下的主流选择则是固态铷离子激光器等产品。此类激光器拥有体积小巧,坚固耐磨,高效,辐射密度高的优点。值得注意的是,尽管固体激光器的光谱分布较为均匀并具备一定的宽度,但相比之下,其相干性和频率稳定性仍不及气体激光器。

(4) 半导体激光器

作为光纤传感器中的核心光源,现阶段以LED居多。这类产品的优点包括:精巧的体积结构,坚固耐用,长期寿命,高可靠性,适度的辐射密度,以及简单易行的电源设置等。

尽管市场上提供了多种类型的光源供商家选择,但其基本要求始终保持一致性,即必须确保达到足够的光照强度,使得能够有效激发敏感元件,以保证检测系统具备良好的信噪比。考虑到此,商家应按照以下原则进行选择:优先考虑具有足够辐射能量的光源,要求其在敏感元件的工作波长范围内有最高的辐射功率;光源应与所选光纤保持最佳匹配,以获取最高的耦合效率;同时,光源还应具备优秀的稳定性能,能够在较长时间内维持室温和工作状态不变。

3. 光电探测器

光电探测器乃光电检测过程中必不可少的组成部分,其功能在于将光信号转换为电信号。在采购光电探测器时,应遵循以下原则:要求其在所涉及的工作波段内具备高度灵敏度;尽可能减小检测器可能引入的各类噪声,因此需要优选暗电流、漏电流以及并联电容尽可能低的器件;同时,应保证产品具有相当高的可靠性以及良好的稳定性;尽量减少尺寸以利于整合,同时便于与光纤实现高效率的耦合;适当降低偏压或偏流标准;以及对于价格因素予以考量。


 
 
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