首頁 > 技術(shù)文章
我司做自動(dòng)化行業(yè)已經(jīng)10年，在德國、美國、上海、廣東都有自己的公司，專業(yè)從事進(jìn)口貿(mào)易行業(yè)。
日本OMRON歐姆龍光纖傳感器性能和特點(diǎn)，及分類介紹
OMRON光纖傳感器是一種將被測對象的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的傳感器。OMRON光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經(jīng)由光纖送入調(diào)制器，在調(diào)制器內(nèi)與外界被測參數(shù)的相互作用， 使光的光學(xué)性質(zhì)如光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制的光信號，再經(jīng)過光纖送入光電器件、經(jīng)解調(diào)器后獲得被測參數(shù)。整個(gè)過程中，光束經(jīng)由光纖導(dǎo)入，通過調(diào)制器后再射出，其中光纖的作用首先是傳輸光束，其次是起到光調(diào)制器的作用。
傳感器在朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過程中，OMRON光纖傳感器這個(gè)傳感器家族的新成員備受青睞。光纖具有很多優(yōu)異的性能，例如：具有抗電磁和原子輻射干擾的性能，徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能；絕緣、無感應(yīng)的電氣性能；耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等，它能夠在人達(dá)不到的地方（如高溫區(qū)），或者對人有害的地區(qū)（如核輻射區(qū)），起到人的耳目的作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
特點(diǎn)
1、因反射體中使用了棱鏡，所以與通用的反射型光控傳感器器相比，其檢測性能更高、更可靠
2 、與分離式光控傳感器相比，電路連接更簡單容易。
3、 子母扣嵌入式的設(shè)計(jì)，安裝更為簡單
用途
1、用于電話、網(wǎng)絡(luò)寬帶等數(shù)字型號傳輸。
2、用于自動(dòng)售貨機(jī)、金融終端有關(guān)的設(shè)備、點(diǎn)鈔機(jī)的、卡、硬幣、存折等的通過情況
3、用于自動(dòng)化設(shè)備上產(chǎn)品定位、計(jì)數(shù)、識別。
OMRON光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光，再利用被測量對光的傳輸特性施加的影響，完成測量。
OMRON光纖傳感器的測量原理有兩種。
（1）物性型OMRON光纖傳感器原理，物性型OMRON光纖傳感器是利用光纖對環(huán)境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號。其工作原理基于光纖的光調(diào)制效應(yīng)，即光纖在外界環(huán)境因素，如溫度、壓力、電場、磁場等等改變時(shí)，其傳光特性，如相位與光強(qiáng)，會發(fā)生變化的現(xiàn)象。
因此，如果能測出通過光纖的光相位、光強(qiáng)變化，就可以知道被測物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型OMRON光纖傳感器。激光器的點(diǎn)光源光束擴(kuò)散為平行波，經(jīng)分光器分為兩路，一為基準(zhǔn)光路，另一為測量光路。外界參數(shù)(溫度、壓力、振動(dòng)等)引起光纖長度的變化和相位的光相位變化，從而產(chǎn)生不同數(shù)量的干涉條紋，對它的模向移動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可測量溫度或壓等。
（2）結(jié)構(gòu)型OMRON光纖傳感器原理，結(jié)構(gòu)型OMRON光纖傳感器是由光檢測元件(敏感元件)與光纖傳輸回路及測量電路所組成的測量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱為傳光型或非功能型OMRON光纖傳感器。
光纖具有很多優(yōu)異的性能，例如：具有抗電磁和原子輻射干擾的性能，徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能;絕緣、無感應(yīng)的電氣性能;耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等，它能夠在人達(dá)不到的地方，或者對人有害的地區(qū)(如核輻射區(qū))，起到人的耳目的作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
一、靈敏度較高；
二、幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性，可以制成任意形狀的OMRON光纖傳感器；
三、可以制造傳感各種不同物理信息（聲、磁、溫度、旋轉(zhuǎn)等）的器件；
四、可以用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕、或其它的惡劣環(huán)境；
五、而且具有與光纖遙測技術(shù)的內(nèi)在相容性。
OMRON光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)的各類傳感器相比，OMRON光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)，具有光纖及光學(xué)測量的特點(diǎn)，有一系列的優(yōu)點(diǎn)。電絕緣性能好，抗電磁干擾能力強(qiáng)，非侵入性，高靈敏度，容易實(shí)現(xiàn)對被測信號的遠(yuǎn)距離監(jiān)控，耐腐蝕，防爆，光路有可撓曲性，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)接。
傳感器朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展，它能夠在人達(dá)不到的地方（如高溫區(qū)或者對人有害的地區(qū)，如核輻射區(qū)），起到人的耳目作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
根據(jù)光受被測對象的調(diào)制形式可以分為：強(qiáng)度調(diào)制型、偏振態(tài)制型、相位制型、頻率制型；
根據(jù)光是否發(fā)生干涉可分為：干涉型和非干涉型；
根據(jù)是否能夠隨距離的增加連續(xù)地監(jiān)測被測量可分為：分布式和點(diǎn)分式；
根據(jù)光纖在傳感器中的作用可以分為：一類是功能型（Functional Fiber，縮寫為FF)傳感器，又稱為傳感型傳感器； 另一類是非功能型（Non Functional Fiber縮寫為NFF)，又稱為傳光型傳感器。 [3]
功能型
功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件， 被測量對光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制， 使傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化， 再通過對被調(diào)制過的信號進(jìn)行解調(diào)， 從而得出被測信號。
光纖在其中不僅是導(dǎo)光媒質(zhì)，而且也是敏感元件，光在光纖內(nèi)受被測量調(diào)制，多采用多模光纖。
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高。
缺點(diǎn)：須用特殊光纖，成本高，
典型例子：光纖陀螺、光纖水聽器等。
非功能光纖型
非功能型OMRON光纖傳感器是利用其它敏感元件感受被測量的變化， 光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì)，常采用單模光纖。
光纖在其中僅起導(dǎo)光作用，光照在光纖型敏感元件上受被測量調(diào)制。
優(yōu)點(diǎn)：光纖即可用于電氣隔離，有用于數(shù)據(jù)傳輸，且光纖傳輸?shù)男盘柌皇茈姶鸥蓴_的影響。
實(shí)用化的大都是非功能型的OMRON光纖傳感器。AnyWay的變頻電壓傳感器、變頻電流傳感器、變頻功率傳感器（一種電壓、電流組合式傳感器）就屬于非功能型的OMRON光纖傳感器，在復(fù)雜電磁環(huán)境下的電量測量中，有其獨(dú)到的優(yōu)勢。
OMRON光纖傳感器是最近幾年出現(xiàn)的新技術(shù)，可以用來測量多種物理量，比如聲場、電場、壓力、溫度、角速度、加速度等，還可以完成現(xiàn)有測量技術(shù)難以完成的測量任務(wù)。在狹小的空間里，在強(qiáng)電磁干擾和高電壓的環(huán)境里，OMRON光纖傳感器都顯示出了的能力。OMRON光纖傳感器有70多種，大致上分成光纖自身傳感器和利用光纖的傳感器。
所謂光纖自身的傳感器，就是光纖自身直接接收外界的被測量。外接的被測量物理量能夠引起測量臂的長度、折射率、直徑的變化，從而使得光纖內(nèi)傳輸?shù)墓庠谡穹?、相位、頻率、偏振等方面發(fā)生變化。測量臂傳輸?shù)墓馀c參考臂的參考光互相干涉（比較），使輸出的光的相位(或振幅)發(fā)生變化，根據(jù)這個(gè)變化就可檢測出被測量的變化。光纖中傳輸?shù)南辔皇芡饨缬绊懙撵`敏度很高，利用干涉技術(shù)能夠檢測出10的負(fù)4次方弧度的微小相位變化所對應(yīng)的物理量。利用光纖的繞性和低損耗，能夠?qū)⒑荛L的光纖盤成直徑很小的光纖圈，以增加利用長度，獲得更高的靈敏度。
光纖聲傳感器就是一種利用光纖自身的傳感器。當(dāng)光纖受到一點(diǎn)很微小的外力作用時(shí)，就會產(chǎn)生微彎曲，而其傳光能力發(fā)生很大的變化。聲音是一種機(jī)械波，它對光纖的作用就是使光纖受力并產(chǎn)生彎曲，通過彎曲就能夠得到聲音的強(qiáng)弱。光纖陀螺也是光纖自身傳感器的一種，與激光陀螺相比，光纖陀螺靈敏度高，體積小，成本低，可以用于飛機(jī)、艦船、等的高性能慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。。
光纖布拉格光柵傳感器（FBS）是一種使用頻率高，范圍的OMRON光纖傳感器，這種傳感器能根據(jù)環(huán)境溫度以及/或者應(yīng)變的變化來改變其反射的光波的波長。光纖布拉格光柵是通過全息干涉法或者相位掩膜法來將一小段光敏感的光纖暴露在一個(gè)光強(qiáng)周期分布的光波下面。這樣光纖的光折射率就會根據(jù)其被照射的光波強(qiáng)度而改變。這種方法造成的光折射率的周期性變化就叫做光纖布拉格光柵。
當(dāng)一束廣譜的光束被傳播到光纖布拉格光柵的時(shí)候，光折射率被改變以后的每一小段光纖就只會反射一種特定波長的光波，這個(gè)波長稱為布拉格波長，這種特性就使光纖布拉格光柵只反射一種特定波長的光波，而其它波長的光波都會被傳播。
按光纖在OMRON光纖傳感器中的作用可分為傳感型和傳光型兩種類型。
傳感型OMRON光纖傳感器的光纖不僅起傳遞光作用，同時(shí)又是光電敏感元件。由于外界環(huán)境對光纖自身的影響，待測量的物理量通過光纖作用于傳感器上，使光波導(dǎo)的屬性(光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)、波長等)被調(diào)制。傳感器型OMRON光纖傳感器又分為光強(qiáng)調(diào)制型、相位調(diào)制型、振態(tài)調(diào)制型和波長調(diào)制型等。
傳光型OMRON光纖傳感器是將經(jīng)過被測對象所調(diào)制的光信號輸入光纖后，通過在輸出端進(jìn)行光信號處理而進(jìn)行測量的，這類傳感器帶有另外的感光元件對待測物理量敏感，光纖僅作為傳光元件，必須附加能夠?qū)饫w所傳遞的光進(jìn)行調(diào)制的敏感元件才能組成傳感元件。OMRON光纖傳感器根據(jù)其測量范圍還可分為點(diǎn)式OMRON光纖傳感器、積分式OMRON光纖傳感器、分布式OMRON光纖傳感器三種。其中，分布式OMRON光纖傳感器被用來檢測大型結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布，可以快速無損測量結(jié)構(gòu)的位移、內(nèi)部或表面應(yīng)力等重要參數(shù)。用于土木工程中的OMRON光纖傳感器類型主要有Math-Zender干涉型OMRON光纖傳感器，F(xiàn)abry-pero腔式OMRON光纖傳感器，光纖布喇格光柵傳感器等。
OMRON光纖傳感器的輕巧性、耐用性和長期穩(wěn)定性，使其能夠方便的應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)和混凝土等各種建筑材料的內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變檢測。實(shí)現(xiàn)的建筑結(jié)構(gòu)的健康檢測。
OMRON光纖傳感器的另外一個(gè)大類是利用光纖的傳感器。其結(jié)構(gòu)大致如下：傳感器位于光纖端部，光纖只是光的傳輸線，將被測量的物理量變換成為光的振幅，相位或者振幅的變化。在這種傳感器系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的傳感器和光纖相結(jié)合。光纖的導(dǎo)入使得實(shí)現(xiàn)探針化的遙測提供了可能性。這種光纖傳輸?shù)膫鞲衅鬟m用范圍廣，使用簡便，但是精度比第一類傳感器稍低。
光纖在傳感器家族中是，它憑借著光纖的優(yōu)異性能而得到廣泛的應(yīng)用，是在生產(chǎn)實(shí)踐中值得注意的一種傳感器。
OMRON光纖傳感器憑借著其大量的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為傳感器家族的，并且在各種不同的測量中發(fā)揮著自己獨(dú)到的作用，成為傳感器家族中的一員。
