光纤传感器在丈量技能中的运用简介
摘要：本文首要介绍由光纤传感器与依据CAN总线网络组本钱的油库油罐液位、温度信号实时监测体系的规划方案，由此分分出光纤传感器在丈量技能中的运用以及光纤液位传感器、光纤温度传感器及光纤液位报警器佳结构特色与运用。
1、 前语-光纤传感器与丈量技能是仪器仪表范畴新的发展方向
由于光纤传感器及技能具有较其它传感器无法比拟的特色，所以近几年来，光纤传感器与丈量技能发展成为仪器仪表范畴新的发展方向，而新式光纤传感器不外乎有以下特色：
* 光纤传感器具有优秀的传光功用，传光损耗很小，现在损耗能到达≤0.2 dB/km的水平。
* 光纤传感器频带宽，可进行超高速丈量，灵敏度和线性度好。
* 光纤传感器体积很小，重量轻，能在恶劣环境下进行非触摸式、非破坏性以及远距离丈量。
还具有灵敏度高、可靠性好、原资料硅资源韦富、抗电磁搅扰，抗腐蚀、耐高压、电绝缘功用好、可绕曲、防爆、频带宽、损耗低一级特色。一起，它还便于与计算机相连，完结智能化和远距离监控。对传统的传感器起到扩展进步的效果，不少情况下能够完结前者很难完结乃至不能完结的仟务。
正是由于光纤传感器具有许多共同优势，能够处理许多传统传感器无法处理的问题，故自从它面世以来，就被广泛运用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个范畴。值此，将评论光纤传感器在石油化工范畴运用，即油库油罐液位、温度信号实时监测体系中的规划方案(见图0所示)。正因该监测体系运用了光纤液位传感器、光纤温度传感器及光纤液位报警器.为此先对此有关的光纤传感器技能作一介绍。
2、光纤传感器组成与类型
光纤传感器一般是由光源、接口、光导纤维、光调制组织、光电探测器和信号处理体系等部分组成。来自光源的光线，经过接口进入光纤，然后将检测的参数调制成起伏、相位、颜色或偏振信息，最终运用微处理器进行信息处理。归纳光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和光探测器两个重要部件，见图1所示。
光纤传感器一般分为两大类：一类是传光型，也称非功用型光纤传感器；另一类是传感型，或称为功用型光纤传感器。前者大都运用多模光纤，以传输更多的光量；而传感型光纤传感器，是运用被测目标调制或改动光纤的特性，所以只能用单模光纤。
3、丈量用的光纤传感技能
3.1光纤温度传感器-传光型光纤温度传感器
位图2(a)为半导体吸光型(传光型)光纤温度传感器示意图。将一根堵截的光导纤维装在细钢管内，光纤两端面间夹有一块半导体感温薄片(如GaAs或InP)，这种半导体感温薄片透射光强随被测温度而改动。因而，当光纤一端输入一稳定光强的光时，由于半导体感温薄片透射才干随温度改动，光纤另一端接纳元件所承受的光强也随被测温度而改动。所以经过丈量光探测器输出的电量，便能遥测到感温探头2(b)处的温度。
探头中，半导体资料的透过率与温度的特性曲线如图2(c)所示，当温度升高时，其透过率曲线向长波长方向移动。明显，半导体资料的吸收率与其禁带宽度Eg有关，禁带宽度又随温度而改动，大都半导体资料的禁带宽度Eg随温度丁的升高简直线性地减小，对应于半导体的透过率特性曲线边缘的波长λg随温度升高向长波方向位移。当一个辐射光谱与λg相一致的光源宣布的光，经过此半导体时，其透射光的强度随温度丁的升高而削减。那何为传光型光纤传感器？
传光型光纤传感器中的光纤仅作为传输光的介质，只起传输光波的效果，对外界信息的“感觉”功用是依托其它物质的灵敏元件来完结的，因而必须在光纤端面或中心加装其它灵敏元件才干构成传感器。这样，传感器中的光纤中心是中止的、不接连的，中止部分要接上其它介质的灵敏元件，如图1所示。
调制器是灵敏元件，置于入射光纤和接纳光纤之间，在被测目标的效果下，使灵敏元件的光路遮断或使灵敏元件的光穿透率发作改动，这样，光探测器所接纳的光量便成为被测目标调制后的信号，经扩大、解凋后，就可得到被测目标。
3.2光纤液位传感器
依据全内反射原理，能够规划成光纤液位传感器。光纤液位传感器由以下三部分组成：
*触摸液体后光反射量的检测器材即光灵敏元件；
*传输光信号的双芯光纤；
*发光、受光和信号处理的接纳设备。
图3(a)所示为光纤液位传感器的根本结构。这种传感器的灵敏元件和传输信号的光纤均由玻璃纤维构成，故有绝缘功用好和抗电磁噪声等长处。
光纤液位传感器的作业原理如图3(b)所示。发光器材射出来的光经过传输光纤送到灵敏元件，在灵敏元件的球面上，有一部分透过，而其他的光被反射回来。当灵敏元件与液体相触摸时，与空气触摸比较，球面部的光透射量增大，而反射量削减。因而，由反射光量即可知道灵敏元件是否触摸液体。反射光量决定于灵敏元件玻璃的折射率和被测定物质的折射率。被测物质的折射率越大，反射光量越小。来自灵敏元件的反射光，经过传输光纤由受光器材的光电晶体管进行光电转化后输出。灵敏元件的反射光量的改动，若以空气的光量为基准，在水中则为-6-—7dB，在油中为-25—30dB。可对反射光量不同很大的水和油等进行物质判别。
用微光检测液位的光纤液位传感器有如下特色：
*能用于易燃、易爆物等设备中；
*灵敏元件的尺度小，可用于检测微量液体；
*从检测液体开端到检测信号输出停止的呼应时间短；
*灵敏元件是玻璃的，故有抗化学腐蚀性；
*能检测两种(油、水等)液体界面：
*价格低廉。
在实践运用中应留意，光纤液面传感器不宜用于检测粘附在灵敏元件玻璃外表的物质。怎么检测液位？
在装有液体的槽内。将灵敏元件装置在液面下预订检测的高度。当液面低于这一高度时，从灵敏元件发作的反射光量就添加，依据这时，发作的信号就能检测出液面方位。若在不同高度装置灵敏元件，则可检测液面的高度。
4、光纤传感器与依据CAN总线网络组成的油库油罐的液位、温度信号实时监测体系规划方案。
4.1监测体系组成。
图0所示可知，监测体系别离由中心操控式的中心监控单元和现埸收集单元(或数据收集单元)组成。现埸收集单元对油罐的液位、温度信号进行数据的实时收集，一起完结数据计算、存贮；中心监控单元能够定时或不定时地从现埸收集单元获取数据并完结图画监测、数据计算、报表、打印及数据库办理。而中心监控单元和现埸收集单元之间经过CAN总线衔接在一起，在这个网络中，中心监控单元处于主控方位，而现埸收集单元能够随时呼应中心监控单元的指令。其现埸收集单元由单片机8C552及收集、存储、显现、遥控和通讯模块组成，每个现埸收集单元可与光纤液位传感器、光纤温度传感器及光纤液位报警器等16个设备相接。之所以运用CAN总线网络结构是内由于CAN网络具有的便利灵敏、杰出特性，抗搅扰性、可靠性、实时性等特色。一切的光纤液位传感器、光纤温度传感器及光纤液位报警器都能够经过一对双绞线串接在一起，节省了空间、简化了布线。
4.2关于数据收集
4.21油罐液位信号的检测选用光纤液位计。光纤液位计运用于油田油库处理，首要是依托光纤自身的某些传感功用和光传输信息的特征：
*能够完结非触摸枪测，对被测目标无搅扰、无污染；
*完结非电检测，实质安全，防爆，处理了石油、石化等易燃易爆风险场合多种参量的安全检测和生产过程；
*具有高精度、高绝缘性，抗电磁搅扰、抗雷电搅扰。
4.22选用光纤温度传感器(或光纤光栅温度传感器更好，但本钱高)，适用于各种恶劣环境的温度丈量，丈量精度高，自身安全防爆，可靠性好、灵敏度高，是抱负的一种温度丈量仪。作业时，光源宣布的接连宽带光，经传输光缆传送量现场，感温探头内丈量光栅对该宽带光有挑选性地反射附一窄带光，经同一传输光缆传送到调制解调器，经过接纳体系进行解调，测定窄带光的中心波长，然后测定现场温度。
4.23选用光纤液位报警器，该光纤液位报警器是依据光折射和反射原理，研发而成的定点液位检测仪器，适用液位定点检测和操控，耐高压，抗污染、安全便利、运用寿命长。
关于软件，其操作体系可选用Windows糸列渠道；监测软件可用组态监控软件。
该监测体系完结主动监测、显现、报警、打印等功用，为油库罐区的现代化办理打下了根底。体系人机对话便利简练，体系构成灵敏易扩展，体系可靠性高，应该说体系可靠性高，具有较好的推行价值。
充沛运用CAN网络和光纤传感器的特色，能够将整个体系的扩展-长途油库油罐的液位、温度信号实时监测体系。
5、结束语
由于光纤传感器与丈量技能是当今仪器仪表范畴新的发展方向，其丈量用的光纤传感器有许多品种，有许多种作业方式。要细心地考虑项目的详细的运用要求，作好挑选。
参考文献
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2.何道青 编著 <<传感器与传感器技能>> 科学出书社 2004年8月1日出书.
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