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光纖壓力傳感器原理

日期:2019-09-14 11:01
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摘要:
 壓力傳感器的重要傳感元件是法布利-比洛特(FP)型光學幹涉儀。幹涉儀的兩面鏡子分别是位于一端的薄膜内表面和位于另一端的光纖尖端。所施加的壓力P 引起了薄膜的偏移,而此偏移又直接轉換成了FP 幹涉儀空腔長度的變化。


為得到薄膜偏移和所施加的壓力間的線性關系,傳感器的形狀和材料都經嚴格選擇。其系可表示為:

Lcav(P) = L0 + (P-P0S)…………………………(1)

其中P是施加到薄膜外表面上的壓力(單位psi)
P0
FP空腔内的壓力(單位psi)
Lcav
是由信号解調器所測得的空腔長度(單位nm)
L0
是處于零點初始狀态的空腔長度(單位nm),通常定義為P =P0
S
是傳感器的靈敏度(單位nm)

壓力傳感器有三種不同的類型:1)量規型;2)優良型和3)差分型。在量規型傳感器的情況下,P0等于周圍壓力或大氣壓。量規型傳感器有a)一個通氣孔,它使空腔處于周圍壓力下或b)一個密封成大氣壓的空腔;在優良型壓力傳感器的情形下,P0 = 0,工廠生産時其空腔在真空狀态下密封;而在差分型傳感器的情形下,P0等于任意的壓力。這種類型的傳感器有一個通氣孔接頭,用于維持空腔内給定的壓力。

 

信号解調處理

原理

我們所有傳感器的信号解調器都是根據白光幹涉技術制成的。信号解調器(FTI-100i, FTI-10,等)将來自傳感器的光信号轉換成優良FP空腔長度。這個空腔長度之所以被稱為優良是因為它确實對應着測量這個光信号時的FP幹涉儀的物理空腔長度(相對于空腔長度的相對測量ΔL,其時被确定為任意的初始值)。這個差别是重要的,因為許多光纖傳感技術、尤其是那些基于單色光幹涉術(與白光幹涉術相反)的傳感技術,僅能測量長度變化ΔL。在要求長期靜态測量的所有應用中,優良測量是至關重要的。光信号以信号解調器采樣速度所确定的頻率被轉化。在壓力傳感器的情況下,10,000nm 的工作範圍内轉化準确度為±1nm

一旦測得空腔長度Lcav,解調器就會根據下面的公式計算P-P0P-P0 = (Lcav-L0)/S .................(2)

然後就計錄并在解調器上顯示這一壓力值(帝制單位psiSI單位bar)。靈敏度系數S(由儀器序列号決定)及L0的初始定義值提供了将所測得的空腔長度轉化為壓力的所有必要信息.

儀器序列号

(在傳感器光纖接頭附近打印的)儀器序列号有7位數,在壓力傳感器的情況下以數字6開始。壓力傳感器儀器序列号的形式為 6XYZZZZ,其意義如下:

*
數字6 表示該傳感器為壓力傳感器(數字4表示溫度傳感器);
*
數字X僅用于區别一批中那些具有相同靈敏度的傳感器;
* ZZZZ
是靈敏度S與刻度因數之積,即ZZZZ = S·10(n+1),其中n=0, 1, 2 3
*
數字Y給出了刻度因數n的值,即Y=n

我們的信号解調器有一套完整的功能,可讓用戶在解調器存儲器中儲存、消除或選擇不同的儀器序列号。這些功能可通過前闆面的按壓控制鍵或RS-232序列連接的遙控指令實現。在存儲器中可儲存多大50個儀器序列号。

0
的定義

以壓力傳感器的類型不同,空腔長度有不同的定義。

量規型:信号解調器(FTI-10, FTI-100i)容許用戶讓傳感器自我設定空腔長度L0之值(原始值等于0),因此而設定測量的始态。這可通過解調器的清零(ZERO/NULL)來執行。當用戶選擇ZERO/NULL指令時,解調器會立即記錄下傳感器的空腔長度并将之設定為L0。通常在周圍環境壓力或大氣壓下完成這個過程。解調器将在存儲器内保留這個定義值直至下次用戶改變時(注:當記憶消失或解調器失靈時,用戶可(應用内部單元的OFFSET功能)找回先前定義的L0值)。

優良型:這種類型的傳感器有一個工廠校正的空腔長度L0。用戶通過内部單元的OFFSET功能即可向解調器存儲器内輸入這個值。

差分型:步驟與量規型相同

準确度

傳感器的準确度取決于精度(0.1%FS)、零點熱漂移(%FS/)和靈敏度熱漂移(%讀數 /)。總誤差是這三個分離誤差的函數,*壞的情況是它們*大或*小值的代數和。

 

壓力單位

 

 

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