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酒水生產配套SICK光纖傳感器WLL180T-P434

瀏覽次數(shù)：816發(fā)布日期：2021-11-16

應用編輯語音

絕緣于污穢、磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉矩、光聲、電流，光纖傳感器可用于位移、震動、轉動、壓力、彎曲、應變、速度、加速度、電流、磁場、電壓、濕度、溫度、聲場、流量、濃度、PH值和應變等物理量的測量。光纖傳感器的應用范圍很廣，幾乎涉及國民經濟和國防上所有重要領域和人們的日常生活，尤其可以安全有效地在惡劣環(huán)境中使用，解決了許多行業(yè)多年來一直存在的技術難題，具有很大的市場需求。主要表現(xiàn)在以下幾個方面的應用：

城市建設中橋梁、大壩、油田等的干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器的應用。光纖傳感器可預埋在混凝土、碳纖維增強塑料及各種復合材料中，用于測試應力松弛、施工應力和動荷載應力，從而評估橋梁短期施工階段和長期營運狀態(tài)的結構性能。

在電力系統(tǒng)，需要測定溫度、電流等參數(shù)，如對高壓變壓器和大型電機的定子、轉子內的溫度檢測等，由于電類傳感器易受電磁場的干擾，無法在這類場合中使用，只能用光纖傳感器。分布式光纖溫度傳感器是近幾年發(fā)展起來的一種用于實時測量空間溫度場分布的高新技術，分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)不僅具有普遍光纖傳感器的優(yōu)點，還具有對光纖沿線各點的溫度的分布傳感能力，利用這種特點我們可以連續(xù)實時測量光纖沿線幾公里內各點溫度，定位精度可達米的量級，測量精度可達1度的水平，非常適用大范圍交點測溫的應用場合。

此外，光纖傳感器還可以應用于鐵路監(jiān)控、火箭推進系統(tǒng)以及油井檢測等方面。

光纖同時具備寬帶、大容量、遠距離傳輸和可實現(xiàn)多參數(shù)、分布式、低能耗傳感的顯著優(yōu)點。光纖傳感可以不斷汲取光纖通信的新技術、新器件，各種光纖傳感器有望在物聯(lián)網中得到廣泛應用。 [4]

案例編輯語音

土木工程領域

隨著光纖傳感器技術的發(fā)展，在土木工程領域光纖傳感器得到了廣泛的應用，用來測量混凝土結構變形及內部應力，檢測大型結構、橋梁健康狀況等，其中主要的都是將光纖傳感器作為一種新型的應變傳感器使用。

光纖傳感器可以黏貼在結構物表面用于測量，同時也可以通過預埋實現(xiàn)結構物內部物理量的測量。利用預先埋入的光纖傳感器，可以對混凝土結構內部損傷過程中內部應變的測量，再根據荷載－應變關系曲線斜率，可確定結構內部損傷的形成和擴展方式。通過混凝土實驗表明，光纖測試的載荷－應變曲線比應變片測試的線性度高。 [5]

檢測技術

光纖傳感器在航天（飛機及航天器各部位壓力測量、溫度測量、陀螺等）、航海（聲納等）、石油開采（液面高度、流量測量、二相流中空隙度的測量）、電力傳輸（高壓輸電網的電流測量、電壓測量）、核工業(yè)（放射劑量測量、原子能發(fā)電站泄露劑量監(jiān)測）、醫(yī)療（血液流速測量、血壓及心音測量）、科學研究（地球自轉）等眾多領域都得到了廣泛應用。 [5]

石油工業(yè)

在石油測井技術中，可以利用光纖傳感器實現(xiàn)井下石油流量、溫度、壓力和含水率等物理量的測量。較成熟的應用是采用非本征光纖F—P腔傳感器測量井下的壓力和溫度。非本征光纖F-P腔傳感器利用光的多光束干涉原理，當被測的溫度或者壓力發(fā)生變化時干涉條紋改變，光纖F—P腔的腔長也隨之發(fā)生變化，通過計算腔長的變化實現(xiàn)溫度和壓力的測量。 [5]

溫度測量

光纖傳感技術是伴隨光通信的迅速發(fā)展而形成的新技術。在光通信系統(tǒng)中，光纖是光波信號長距離傳輸?shù)拿劫|。當光波在光纖中傳輸時，表征光波的相位、頻率、振幅、偏振態(tài)等特征參量，會因溫度、壓力、磁場、電場等外界因素的作用而發(fā)生變化，故可以將光纖用作傳感器元件，探測導致光波信號變化的各種物理量的大小，這就是光纖傳感器。利用外界因素引起光纖相位變化來探測物理量的裝置，稱為相位調制傳感型光纖傳感器，其他還有振幅調制傳感型、偏振態(tài)調制型、傳光型等各種光纖傳感器。 [5]

楊氏模量

采用傳感器測量儀代替光杠桿鏡尺組組成新的楊氏模量測量系統(tǒng)，不僅操作簡短，而且提高了測量結果的度和準確度。金屬絲傳統(tǒng)的拉伸法的基本原理是將金屬絲受到砍碼的作用力后的微小伸長形變量通過鏡尺組的光路轉換而將之放大若干倍數(shù)，從而得到微小伸長，再通過計算得到楊氏模量值。

而自從有了傳感器，我們把光纖傳感器測量新方法和上述方法對比，光纖傳感器的測量在靈敏度、度及準確度上都有提高。紅外光測距系統(tǒng)測量的基本原理為采用紅外光光纖傳感器直接測量微小位移，紅外光光纖傳感器對于3mm以內的微小距離測量的線性度是非常高的。系統(tǒng)由傳感器測量儀與反射式光纖位移傳感器組成．

反射式光纖位移傳感器的工作原理是采用兩束多模光纖，一端合并組成光纖探頭，另一端分為兩束，分別作為接收光纖和光源光纖。當光發(fā)射器發(fā)生的紅外光，經光源光纖照射反射體，被反射的光經接收光纖，傳光電轉換元件將接收到的光信號轉換為電信號。其輸出的光強與反射體距光纖探頭的距離之間存在一定的函數(shù)關系，所以可通過對光強的檢測得到位移量。在楊氏模量儀的金屬絲處的圓柱體上利用磁鐵固定鍍鎳反射金屬片，使其能隨鋼絲伸長而移動。在支架臺上固定紅外傳感器，而后在傳感器測量儀上通過改變位移將實驗得到的電勢差值，通過多次測試，既轉動傳感器測量儀自帶的螟旋測微儀，也即改變探頭與金屬片的距離和位置，當出現(xiàn)實驗記錄的鋼絲仲長所對應的電勢差值時，記錄此時的螺旋測微儀讀數(shù)。測試表明采用紅外光測距此方法操作簡單。只需將探頭和反射片安裝好后就可以直接開始在托盤上加法碼實際測量了，側量的結果是明顯優(yōu)于傳統(tǒng)測試。 [4]

環(huán)境分析編輯語音

隨著中國工業(yè)自動化應用環(huán)境的不斷發(fā)展，儀器儀表行業(yè)日新月異，當前儀器儀表行業(yè)面臨新的發(fā)展，這一行業(yè)的十二五規(guī)劃(草案)，也根據新時期的要求，提出了重點發(fā)展的若干關鍵技術，這對行業(yè)未來發(fā)展無疑有著重要的指導意義。

新型傳感器技術包括固態(tài)硅傳感器技術、光纖傳感技術、生物芯片技術、基因芯片技術、圖像傳感器技術、全固態(tài)慣性傳感器技術等?！笆?將以智能傳感器作為重點，進行關鍵技術攻關。在光纖傳感領域，重點發(fā)展新原理、新效應的傳感技術，傳感器智能技術，傳感器網絡技術，微型化和低功耗技術以及傳感器陣列及多功能多參數(shù)設計、制造和封裝技術。

目前有數(shù)百個單位在這一領域開展工作，如清華大學、復旦大學、天津大學、重慶大學、北京航空航天大學等，他們在光纖溫度傳感器、壓力計、流量計、液位計、電流計等領域進行了大量研究。此外，在武漢、上海、廣東、深圳等地，還建立了許多光纖無源器件生產廠家，市場規(guī)模達到1200億元以上。

(一)影響行業(yè)發(fā)展的有利因素分析

國家科委于1987年4月制定的《傳感器發(fā)展政策》確定了必須大力發(fā)展傳感器技術，特別是要把新型傳感器技術作為優(yōu)先領域予以發(fā)展。1991年 12月30日《中共中央關于制定國民經濟和社會發(fā)展的十年規(guī)劃和八五計劃的建議》中第21條明確了要大力加強傳感器的開發(fā)和在國民經濟中的普遍應用。

(二)影響行業(yè)發(fā)展的不利因素分析

雖然光纖傳感器技術在實際檢測中取得了一些應用，但仍存在一些問題，如光纖埋入結構的工藝問題，雖然可以通過安裝方式得到改善，但同時也導致了應變要先經過金屬傳遞，然后再由光纖間接感應到應變，因此需要通過實驗修正才能夠進行準確測量。同時光纖傳感器的輸出信號會受到光源波動、光纖傳輸損耗變化、探測器老化等因素的影響，這些因素都會降低光纖傳感器測量的準確性。再者目前光纖傳感器實用性還有待開發(fā)，同時其制作成本相當昂貴。目前光纖傳感器很大一部分產品還在實驗室階段，因此需要將實驗結果盡快投入到使用中去。

隨著市場逐漸開放和中國投資環(huán)境的改善以及全球化經濟的進程加速，各國傳感器廠家紛紛進入中國市場，這加劇了市場的競爭。中國本土傳感器技術水平與世界水平相比仍存在很大差距，這種差距一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后，另一方面則表現(xiàn)為傳感器自身在智能化和網絡化方面的技術落后。國產企業(yè)形成了“外強中干"的局面，不僅失去了中產品市場，而且直接導致自己能生產的產品品種單一，同質化嚴重，國產傳感器價格優(yōu)勢明顯，但質量上與國外產品相比仍存在一定差距，一般應用在對信號要求不高的區(qū)域。 [4]

行業(yè)分析編輯語音

光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經過光纖送入調制器，使待測參數(shù)與進入調制區(qū)的光相互作用后，導致光的光學性質（如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化，成為被調制的信號光，在經過光纖送入光探測器，經解調后，獲得被測參數(shù)。

由于在傳統(tǒng)終端市場的應用可能性擴大以及新應用領域的新興機會所推動，2013年全球光纖傳感器市場規(guī)模為18.9億美元。預計，到2020年，全球光纖傳感器市場預計達35億美元（約合人民幣217.2億元）。

傳統(tǒng)終端市場包括航空航天、國防、石油天然氣開采、基礎設施發(fā)展和電信行業(yè)。傳統(tǒng)終端市場的發(fā)展將繼續(xù)推進全球光纖傳感器市場的增長。通信行業(yè)從3G到4G網絡的持續(xù)過渡、關注智能結構的增長、基礎設施建設的新興增長、石油天然氣領域的發(fā)展都為市場增長提供了重要機遇。

尤其是在新興市場中，如中國和印度，增長的制造活動、上升的汽車需求、穩(wěn)定的基礎設施建設活動以及國防支出的增加，都成為全球光纖傳感器行業(yè)發(fā)展的驅動因素。 [4]

組成結構編輯語音

光纖傳感器網的三種基本構成。

光纖傳感器網有三種基本構成，其中一個叫單點式傳感器。一根光纖在這里僅僅起到傳輸?shù)淖饔?，另外一種叫多點式傳感器，在這里一根光纖把很多傳感器串起來，這樣很多傳感器可以共用光源實現(xiàn)網絡性監(jiān)測。再有就是智能光纖傳感器。

多點式光纖傳感器，從外表看就是一節(jié)光柵，通過紫外線照射發(fā)現(xiàn)有周期性的間隔。當有光纖入射的時候，如果光纖的波長正好等于間隔的兩倍，那么這個光波將會受到強烈的反射，而如果光纖受到溫度變化或者應變等等，這個反射波長將會發(fā)生變化，這種傳感器在一根光纖上可以做很多個，把它連接起來就可以用于各種各樣的傳感應用。

因為光纖是軟的，它可以兩維、三維，所以橫軸是空間的位置，縱軸是測量對象。這樣一個傳感網解決了什么問題呢?它解決了在什么位置上發(fā)生了什么事情，那個事情有多少個強度的問題，也就是提供了兩維的信息。這就是智能光纖傳感器所需要解決的問題，它有非常突出的特點要求，包括體積小、強度高、穩(wěn)定性好，可植入材料中?？闺姶鸥蓴_、耐環(huán)境。 [2]

光纖傳感器已經成功應用于飛機結構監(jiān)測。我們看到A-380和波音787，它們的特點是超過一半數(shù)量是碳纖維，比如說碳纖維符合樹脂有幾種缺失，一個是層與層之間的剝離，由于這種材料比較強，所以很難像鋁合金材料那樣實行碳酸檢測，所以研究人員現(xiàn)在開始研究把光纖傳感器埋到復合材料當中去，由于這種材料一層大概125微米的厚度，所以這種光纖傳感器必須是特別細小的光纖傳感器，大概直徑在50個微米左右。

我們說光纖傳感器網可以成為安全安心社會的神經網。光纖傳感器網可以用于光纖通訊網的診斷技術。光纖傳感器網在安防方面已經有很多的應用，國內有很多企業(yè)在這方面開展了卓有成效的工作。 [4]

發(fā)展前景編輯語音

國內市場上，應用為廣泛的光纖傳感技術當屬布拉格光纖光柵和基于光時域反射的分布式傳感器，這種技術基本上可以滿足中低端市場的需求。而現(xiàn)在光譜線寬窄2kHz的單頻光纖激光器及其引申出來的新一代光傳感技術，這與傳統(tǒng)的光纖傳感有很大的區(qū)別，它可以進行超遠距離的傳輸，精度和敏感度能達到更高的要求，這在市場上需求很大，21世紀初，該項技術在國內尚處于立項和預研階段。國內市場上光纖傳感器應用主要在以下四種：光纖陀螺、光纖光柵傳感器、光纖電流傳感器和光纖水聽器。下面對這四種產品分別介紹一下。

一、光纖陀螺。光纖陀螺按原理可分為干涉型、諧振型和布里淵型，這是三代光纖陀螺的代表。代干涉型光纖陀螺，21實際初期，該項技術就已經成熟，適合進行批量生產和商品化；第二代諧振型光纖陀螺，暫時還處于實驗室研究向實用化推進的發(fā)展階段；第三代布里淵型，它還處于理論研究階段。光纖陀螺結構根據所采用的光學元件有三種實現(xiàn)方法：小型分立元件系統(tǒng)、全光纖系統(tǒng)和集成光學元件系統(tǒng)。21世紀初期，分立光學元件技術已經基本退出，全光纖系統(tǒng)用在開環(huán)低精度、低成本的光纖陀螺中，集成光學器件陀螺由于其工藝簡單、總體重復性好、成本低，所以在高精度光纖陀螺很受歡迎，是其主要實現(xiàn)方法。

二、光纖光柵傳感器。目前國內外傳感器領域的研究熱點之一光纖布拉格光柵傳感器。傳統(tǒng)光纖傳感器基本上可分為兩種類型：光強型和干涉型。光強型傳感器的缺點在于光源不穩(wěn)定，而且光纖損耗和探測器容易老化；干涉型傳感器由于要求兩路干涉光的光強同等，所以需要固定參考點而導致應用不方便。21世紀初期開發(fā)的以光纖布拉格光柵為主的光纖光柵傳感器可以避免出現(xiàn)上面兩種情況，其傳感信號為波長調制、復用能力強。在建筑健康檢測、沖擊檢測、形狀控制和振動阻尼檢測等應用中，光纖光柵傳感器是的靈敏元件。光纖光柵傳感器在地球動力學、航天器、電力工業(yè)和化學傳感中有廣泛的應用。

三、光纖電流傳感器。電力工業(yè)的迅猛發(fā)展帶動電力傳輸系統(tǒng)容量不斷增加，運行電壓等級也越來越高，電流也越來越大，這樣測量起來就非常困難，這就顯現(xiàn)出光纖電流傳感器的優(yōu)點了。在電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的用來測量電流的傳感器是以電磁感應為基礎，這就存在以下缺點：它容易爆炸以引起災難性事故；大故障電流會造成鐵芯磁飽和；鐵芯發(fā)生共振效應；頻率響應慢；測量精度低；信號易受干擾；體積重量大、價格昂貴等等，已經很難滿足新一代數(shù)字電力網的發(fā)展需要。這個時候光纖電流傳感器應運而生。

四、光纖水聽器。光纖水聽器主要用來測量水下聲信號，它通過高靈敏度的光纖相干檢測，將水聲信號轉換為光信號，并通過光纖傳信號處理系統(tǒng)進行識別。與傳統(tǒng)水聽器相比，光纖水聽器具有靈敏度高、響應帶寬寬、不受電磁干擾等特點，廣泛用于軍事和石油勘探、環(huán)境檢測等領域，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。光纖水聽器按原理可分為干涉型、強度型、光柵型等。干涉型光纖水聽器關鍵技術已經逐步發(fā)展成熟，在部分領域形成產品；光纖光柵水聽器則是當前研究的熱點，研究的關鍵技術涉及光源、光纖器件、探頭技術、抗偏振衰落技術、抗相位衰落技術、信號處理技術、多路復用技術以及工程技術等。

光纖傳感器技術是建立在光纖、光通信和光電子技術的基礎上發(fā)展起來的，電磁干擾和腐蝕作用對它的影響很小，還能適應各種惡劣的氣象環(huán)境，不要額外的電源進行供電，就可以長距離的進行傳輸，已成為傳感器行業(yè)的研究熱點。

傳感器一直朝著靈敏、、適應性強、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過程中，光纖傳感器這個傳感器家族的新成員倍卻是備受青睞。

光纖具有很多優(yōu)異的性能，例如：抗電磁干擾和原子輻射的性能。光纖傳感器應用于對磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉矩、光聲、電流和應變等物理量的測量。其應用范圍十分廣泛。因此我們可以說光纖傳感器具有很大的市場需求，不說長久，少在未來5年，光纖傳感器將會有廣闊的發(fā)展前景。

光纖傳感技術及其相關技術的迅速發(fā)展，滿足了各類控制裝置及系統(tǒng)對信息的獲取與傳輸提出的更高要求，使得各領域的自動化程度越來越高，作為系統(tǒng)信息獲取與傳輸核心器件的光纖傳感器的研究非常重要。

光纖傳感器技術發(fā)展的主要方向是：（1）多用途。即一種光纖傳感器不僅只針對一種物理量，要能夠對多種物理量進行同時測量。（2）提高分布式傳感器的空間分辨率、靈敏度，降低其成本，設計復雜的傳感器網絡工程。注意分布式傳感器的參數(shù)，即壓力、溫度，特別是化學參數(shù)（碳氫化合物、一些污染物、濕度、PH值等）對光纖的影響。（3）新型傳感材料、傳感技術等的開發(fā)。（4）在惡劣條件下（高溫、高壓、化學腐蝕）低成本傳感器（支架、連接、安裝）的開發(fā)和應用。（5）光纖連接器及與其它微技術結合的微光學技術。

光纖傳感運用主要分為五大方向：

（1）石油和天然氣——油藏監(jiān)測井下的P/T傳感、地震陣列、能源工業(yè)、發(fā)電廠、鍋爐及蒸汽渦輪機、電力電纜、渦輪機運輸、煉油廠；

（2）航空航天——噴氣發(fā)動機、火箭推進系統(tǒng)、機身；

（3）民用基礎建設——橋梁、大壩、道路、隧道、滑坡；

（4）交通運輸——鐵路監(jiān)控、運動中的重量、運輸安全；

（5）生物醫(yī)學——醫(yī)用溫度壓力、顱內壓測量、微創(chuàng)手術、一次性探頭。 [4]

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