超聲波流量計基于微處理技術，大多采用集成電路及低電壓寬脈沖發(fā)射技術而設計的。在測量技術上，為取得更高的分辨率和更大的測量范圍，多使用0.1ns超高分辨率時間測量線路。它專門用于液體介質(zhì)測量特別是水的測量。其顯著特點是：精度等級為±1.0%，可在不停產(chǎn)狀態(tài)下帶壓安裝，主機既可安裝于值控室還可輸出電流、脈沖等標準信號并可利用RS232或RS485接口通訊進行計量數(shù)據(jù)遠程傳送。該流量計具有高可靠性、低功耗、抗干擾、安裝維護方便等優(yōu)點。
一、超聲波流量計的基本構造與主要安裝方式：
1、超聲波流量計的構造
超聲波流量計一般可分現(xiàn)場傳感器(即探頭)，傳輸電纜，顯示主機三大部分。其傳感器有外夾式、插入式、法藍式(即管段式)，顯示主機分固定式、便攜式，而便攜式主機可配備外夾式傳感器對固定在線運行的超聲波流量計進行比對(現(xiàn)場校準)且安裝十分簡便。
2、超聲波流量計測量點的確定
超聲波流量計需先選取一個適宜的測量點，然后把測量點的水管參數(shù)輸入流量計中，最后將傳感器(即探頭)安裝在水管上。
⑴測量點的一般要求
超聲波流量計的測量點要求需在一定長度的直管段上，即選擇水流分布均勻的管段，以減少測量誤差。
⑵測量點的選取原則
⑴測量點宜選擇距上游(水流來方向)10倍管徑長度、距下游(水流去方向)5倍管徑長度的均勻直管段(即上、下游閥門在該長度以外，或水管的拐點在該長度之外)。
⑵該直管段的材質(zhì)要均勻無疤、裂痕以利于超聲波傳輸。
⑶該直管段的內(nèi)壁應無水垢(若略有水垢有條件時可用蒸汽或高壓水吹掃)。
⑷該直管段要充滿水(無論垂直或水平管段)。
3、超聲波流量計傳感器的分類及主要安裝方式
超聲波流量計傳感器的安裝質(zhì)量直接關乎水流量測量的準確性、可信度和運行可靠性。
⑴超聲波流量計傳感器(探頭)的分類
常用的超聲波流量計傳感器按安裝方式有如下三種：
外夾式傳感器—安裝時需將管外壁的擬安裝位置打磨光滑后用耦合劑將傳感器(探頭)貼于管外壁再用專用夾緊裝置固定。該方式能方便地在管外進行水流量測量，也適合便攜式。缺點是易因耦合劑的處置不當引起信號接收狀態(tài)惡變而影響測量的穩(wěn)定性。
插入式傳感器—安裝時用鉆孔工具在不停產(chǎn)狀態(tài)下將傳感器(探頭)插入管路中。優(yōu)點是能在水管內(nèi)壁結(jié)垢或水中帶氣情況下實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的測量。
管段式傳感器—安裝時需要切開選定的直管段，采用法藍聯(lián)接。產(chǎn)品已經(jīng)過專門出廠標定，好處是傳感器可以不停產(chǎn)進行維修，特點是測量準確度高。
⑵超聲波流量計傳感器(探頭)的安裝
超聲波流量計傳感器(探頭)的安裝位置一般選擇兩個傳感器(探頭)管軸在輸水管道的管軸水平方向上或與管軸水平面成45度夾角。
超聲波流量計傳感器(探頭)的安裝方式有Z、V、N、W方式。其中N、W方式適用于管徑為50mm以下的輸水管道，因使用難度和性價比較高而很少應用。常用方式有兩種：
a、“V”方式安裝
“V”式安裝是標準的安裝方法，可測管徑范圍為25mm—400mm。安裝傳感器(探頭)時須注意上下游兩傳感器(探頭)水平對齊，使其中心連線與輸水管道軸線水平一致。
b、“Z”方式安裝
“Z”式安裝一般適用于輸水管道粗或水介質(zhì)不很潔凈或管道內(nèi)壁有水垢而使“V”式安裝信號失真狀況。一般說來，300mm以上管徑的輸水管道選用“Z”式安裝較適宜，“Z”式安裝的可測管徑范圍通常在100mm—600mm。安裝傳感器(探頭)時須注意上下游兩傳感器(探頭)與輸水管道軸線在同一平面內(nèi)，且上游傳感器(探頭)在低位、上游傳感器(探頭)在高位。(示意圖見說明書)
⑶超聲波流量計傳感器探頭的安裝檢查
a、主要檢查傳感器(即探頭)的安裝位置是否適宜。
b、與水管外壁的結(jié)合是否光滑緊密。
c、通過主機檢查信號強度和信號質(zhì)量，觀察傳感器是否能夠接收到使主機正常工作的超聲波信號。
4、超聲波流量計的調(diào)試
⑴按流量計要求輸入管道參數(shù)，并記錄。
⑵對上下游傳感器(即探頭)的安裝位置、間距、管道接合度進行調(diào)整，將上下游兩個方向上接收的信號強度調(diào)整至較強(信號強度越大則測量值越穩(wěn)定、可信度越大，越能長時可靠運行)。
二、超聲波流量計使用中的常見故障與處理：
1、故障現(xiàn)象：瞬時流量計波動大。
⑴故障原因：信號強度波動大;本身測量流體波動大。
⑵處理對策：調(diào)整好探頭位置，提高信號強度(保持在3%以上)保證信號強度穩(wěn) 定，如本身流體波動大，則位置不好，重新選點，確保前10D后5D的工況要求。
2、故障現(xiàn)象：外夾式流量計信號低。
⑴故障原因：管徑過大或管道結(jié)垢嚴重或安裝方式不對。
⑵處理對策：對管徑過大、結(jié)垢嚴重者采用插入式探頭;重新選擇安裝方式。
3、故障現(xiàn)象：插入式探頭使用一段時間后信號降低。
⑴故障原因：可能探頭發(fā)生偏移或探頭表面水垢厚。
⑵處理對策：重新調(diào)整探頭位置，清冼探頭發(fā)射面。
4、故障現(xiàn)象：開機無顯示。
⑴故障原因：電源屬性與儀表額定值不對應或保險絲燒斷。
⑵處理對策：檢查電源屬性是否與儀表的額定值相對應，保險絲是否燒斷。如以上問題無則通知廠家專業(yè)人員處理。
5、故障現(xiàn)象：開機后儀表僅有背光而無任何字符顯示。
⑴故障原因：一般為程序芯片失。
⑵處理對策：通知廠家專業(yè)人員處理。
6、故障現(xiàn)象：儀表在現(xiàn)場強干擾下無法使用。
⑴故障原因：供電電源波動范圍較大或周圍有變頻器或強磁場干擾或接地線不正確。
⑵處理對策：給儀表提供穩(wěn)定的供電電源;或?qū)x表安裝遠離變頻器和強磁場干擾;或規(guī)范設置接地線。
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光纖傳感器（fibre sensor）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)與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導致光的光學性質(zhì)發(fā)生變化，成為被調(diào)制的信號光，在經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)。光纖傳感器的優(yōu)點是與傳統(tǒng)的各類傳感器相比，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)，具有光纖及光學測量的特點，有一系列獨特的優(yōu)點。光纖傳感器可用于位移、震動、轉(zhuǎn)動、壓力、彎曲、應變等的測量。
光纖傳感器是伴隨著光纖及光纖通信技術的發(fā)展而逐步形成的一種新型傳感器。光纖傳感器耐腐蝕、對介質(zhì)的影響小、具有很強的抗電磁干擾能力，與傳統(tǒng)的各類傳感器相比，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)，具有光纖及光學測量的特點，這一新技術近年來在我國諸多領域得到了廣泛的應用。
特點
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 子母扣嵌入式的設計，安裝更為簡單
用途
1用于測檢復印機、傳真機、打印機、印刷機等的紙張通過/剩余狀況
2檢測自動售賀機、金融終端有關的設備、點鈔機的紙幣、卡、硬幣、存折等的通過情況
編輯
光纖傳感器的基本工作原理[3]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)與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導致光的光學性質(zhì)（如光的強度、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，再過利用被測量對光的傳輸特性施加的影響，完成測量.
1.光纖的結(jié)構
2.光纖的傳光原理
3.光纖傳感器工作原理[4]
（1）功能型——利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成
（2）傳光型——光纖僅僅起傳輸光的作用，它在光纖端面或中間加裝其它敏感元件感受被測量的變化。
光纖傳感器的測量原理有兩種。
（1）物性型光纖傳感器原理，物性型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，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，其傳光特性，如相位與光強，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光纖傳感器。激光器的點光源光束擴散為平行波，經(jīng)分光器分為兩路，一為基準光路，另一為測量光路。外界參數(shù)(溫度、壓力、振動等)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，對它的模向移動進行計數(shù)，就可測量溫度或壓等。
（2）結(jié)構型光纖傳感器原理，結(jié)構型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光纖傳感器。
編輯
一。靈敏度較高；
二。幾何形狀具有多方面的適應性，可以制成任意形狀的光纖傳感器；
三?？梢灾圃靷鞲懈鞣N不同物理信息（聲、磁、溫度、旋轉(zhuǎn)等）的器件；
四?？梢杂糜诟邏?、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的內(nèi)在相容性。
光纖傳感器的優(yōu)點是與傳統(tǒng)的各類傳感器相比，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)，具有光纖及光學測量的特點，有一系列獨特的優(yōu)點。電絕緣性能好，抗電磁干擾能力強，非侵入性，高靈敏度，容易實現(xiàn)對被測信號的遠距離監(jiān)控，耐腐蝕，防爆，光路有可撓曲性，便于與計算機聯(lián)接。
傳感器朝著靈敏、、適應性強、小巧和智能化的方向發(fā)展，它能夠在人達不到的地方（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。
編輯
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、質(zhì)軟、重量輕的機械性能;絕緣、無感應的電氣性能;耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學性能等，它能夠在人達不到的地方，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。
編輯
絕緣子污穢、磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉(zhuǎn)矩、光聲、電流、光纖傳感器可用于位移、震動、轉(zhuǎn)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(jīng)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(jié)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(zhuǎn)子內(nèi)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(nèi)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。
編輯
根據(jù)光受被測對象的調(diào)制形式可以分為：強度調(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：分布式和點分式；
光纖傳感器根據(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。
功能型傳感器
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行調(diào)制, 使傳輸?shù)墓獾膹姸?、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化, 再通過對被調(diào)制過的信號進行解調(diào), 從而得出被測信號。
光纖在其中不僅是導光媒質(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：結(jié)構緊湊、靈敏度高。
缺點：須用特殊光纖，成本高，
典型例子：光纖陀螺、光纖水聽器等
非功能型光纖傳感器
非功能型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。
光纖在其中僅起導光作用，光照在光纖型敏感元件上受被測量調(diào)制。
優(yōu)點：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。
實用化的大都是非功能型的光纖傳感器。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）就屬于非功能型的光纖傳感器，在復雜電磁環(huán)境下的電量測量中，有其獨到的優(yōu)勢。
光纖傳感器是近幾年出現(xiàn)的新技術，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)有測量技術難以完成的測量任務。在狹小的空間里，在強電磁干擾和高電壓的環(huán)境里，光纖傳感器都顯示出了獨特的能力。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，利用干涉技術能夠檢測出10的負4次方弧度的微小相位變化所對應的物理量。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。當光纖受到一點很微小的外力作用時，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、艦船、dao彈等的高性能慣性導航系統(tǒng)。如圖就是光纖傳感器渦輪流量計的原理。
光纖布拉格光柵傳感器
光纖布拉格光柵傳感器（FBS）是一種使用頻率zui高，范圍廣的光纖傳感器，這種傳感器能根據(jù)環(huán)境溫度以及/或者應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光強周期分布的光波下面。這樣光纖的光折射率就會根據(jù)其被照射的光波強度而永jiu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。
當一束廣譜的光束被傳播到光纖布拉格光柵的時候，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。
傳感型光纖傳感器的光纖不僅起傳遞光作用，同時又是光電敏感元件。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，使光波導的屬性(光強、相位、偏振態(tài)、波長等)被調(diào)制。傳感器型光纖傳感器又分為光強調(diào)制型、相位調(diào)制型、振態(tài)調(diào)制型和波長調(diào)制型等。[7]
傳光型光纖傳感器
傳光型光纖傳感器是將經(jīng)過被測對象所調(diào)制的光信號輸入光纖后,通過在輸出端進行光信號處理而進行測量的，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所傳遞的光進行調(diào)制的敏感元件才能組成傳感元件。光纖傳感器根據(jù)其測量范圍還可分為點式光纖傳感器、積分式光纖傳感器、分布式光纖傳感器三種。其中，分布式光纖傳感器被用來檢測大型結(jié)構的應變分布，可以快速無損測量結(jié)構的位移、內(nèi)部或表面應力等重要參數(shù)。用于土木工程中的光纖傳感器類型主要有Math-Zender干涉型光纖傳感器，F(xiàn)abry-pero腔式光纖傳感器，光纖布喇格光柵傳感器等。
光纖傳感器的輕巧性、耐用性和長期穩(wěn)定性，使其能夠方便的應用于建筑鋼結(jié)構和混凝土等各種建筑材料的內(nèi)部應力、應變檢測。實現(xiàn)的建筑結(jié)構的健康檢測。
光纖傳感器的另外一個大類是利用光纖的傳感器。其結(jié)構大致如下：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。光纖的導入使得實現(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yi類傳感器稍低。
光纖在傳感器家族中是后起之秀，它憑借著光纖的優(yōu)異性能而得到廣泛的應用，是在生產(chǎn)實踐中值得注意的一種傳感器。
光纖傳感器憑借著其大量的優(yōu)點已經(jīng)成為傳感器家族的后起之秀，并且在各種不同的測量中發(fā)揮著自己獨到的作用，成為傳感器家族中不可缺少的一員。
編輯
應用于土木工程領域
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(jié)構變形及內(nèi)部應力，檢測大型結(jié)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(jié)構物表面用于測量，同時也可以通過預埋實現(xiàn)結(jié)構物內(nèi)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(jié)構內(nèi)部損傷過程中內(nèi)部應變的測量，再根據(jù)荷載－應變關系曲線斜率，可確定結(jié)構內(nèi)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。[8]
應用于檢測技術
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(wǎng)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(zhuǎn)）等眾多領域都得到了廣泛應用。[9]
應用于石油工業(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。[10]
應用于溫度測量
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|(zhì)。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(diào)制傳感型光纖傳感器，其他還有振幅調(diào)制傳感型、偏振態(tài)調(diào)制型、傳光型等各種光纖傳感器。
應用于測量金屬絲楊氏模量
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(jié)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(zhuǎn)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。
而自從有的傳感器，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(nèi)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(jīng)光源光纖照射至反射體，被反射的光經(jīng)接收光纖，傳至光電轉(zhuǎn)換元件將接收到的光信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(cè)量的結(jié)果是明顯優(yōu)于傳統(tǒng)測試。
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光纖傳感器網(wǎng)的三種基本構成
[11] 光纖傳感器網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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。
光纖傳感器已經(jīng)成功應用于飛機結(jié)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(wǎng)可以成為安全安心社會的神經(jīng)網(wǎng)。光纖傳感器網(wǎng)可以用語光纖通訊網(wǎng)的診斷技術。光纖傳感器網(wǎng)在安防方面已經(jīng)有很多的應用，國內(nèi)有很多企業(yè)在這方面開展了卓有成效的工作。
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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)與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導致光的光學性質(zhì)（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(diào)制的信號光，在經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)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，智研咨詢顯示，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(wǎng)絡的持續(xù)過渡、關注智能結(jié)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(qū)動因素。
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光纖傳感器發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)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[12]。而現(xiàn)在光譜線寬窄至2kHz的單頻光纖激光器及其引申出來的一代光傳感技術，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(nèi)尚處于立項和預研階段。
國內(nèi)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(chǎn)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。第yi代干涉型光纖陀螺，21實際初期，該項技術就已經(jīng)成熟，適合進行批量生產(chǎn)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?qū)嵱没七M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(jié)構根據(jù)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(jīng)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。
光纖光柵傳感器。
目前國內(nèi)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實際初期開發(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(diào)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li想的靈敏元件。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。
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：它容易爆炸以至引起災難性事故；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(jīng)很難滿足新一代數(shù)字電力網(wǎng)的發(fā)展需要。這個時候光纖電流傳感器應運而生。
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(zhuǎn)換為光信號，并通過光纖傳至信號處理系統(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Α９饫w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(jīng)逐步發(fā)展成熟，在部分領域形成產(chǎn)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倍受青睞?！ 」饫w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(zhuǎn)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，至少在未來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?qū)Χ喾N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(wǎng)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(jié)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(nèi)壓測量、微創(chuàng)手術、一次性探頭。
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土壤濕度，即表示一定深度土層的土壤干濕度程度的物理量，又稱土壤水分含量。土壤濕度的高低受農(nóng)田水分平衡各個分量的制約。
土壤濕度傳感器
土壤濕度傳感器又名土壤水分傳感器，土壤含水量傳感器。土壤水分傳感器由不銹鋼探針和防水探頭構成，可長期埋設于土壤和堤壩內(nèi)使用，對表層和深層土壤進行墑情的定點監(jiān)測和在線測量。
與數(shù)據(jù)采集器配合使用，可作為水分定點監(jiān)測或移動測量的工具測量土壤容積含水量，主要用于土壤墑情檢測以及農(nóng)業(yè)灌溉和林業(yè)防護。
土壤濕度表示方法
土壤濕度，即土壤的實際含水量，可用土壤含水量占烘干土重的百分數(shù)表示：土壤含水量=水分重/烘干土重×100％。也可以相當于土壤含水量與田間持水量的百分比，或相對于飽和水量的百分比等相對含水量表示。
根據(jù)土壤的相對濕度可以知道，土壤含水的程度，還能保持多少水量，在灌溉上有參考價值。土壤濕度大小影響田間氣候，土壤通氣性和養(yǎng)分分解，是土壤微生物活動和農(nóng)作物生長發(fā)育的重要條件之一。
土壤濕度受大氣、土質(zhì)、植被等條件的影響。在野外判斷土壤濕度通常用手來鑒別，一般分為四級：
（1）濕，用手擠壓時水能從土壤中流出；
（2）潮，放在手上留下濕的痕跡可搓成土球或條，但無水流出；
（3）潤，放在手上有涼潤感覺，用手壓稍留下印痕；
（4）干，放在手上無涼快感覺，粘土成為硬塊。
農(nóng)業(yè)氣象上土壤濕度常采用下列方法與單位表示：
①重量百分數(shù)。即土壤水的重量占其干土重的百分數(shù)(％)。此法應用普遍，但土壤類型不同，相同的土壤濕度其土壤水分的有效性不同，不便于在不同土壤間進行比較。
②田間持水量百分數(shù)。即土壤濕度占該類土壤田間持水量的百分數(shù)(％)。利于在不同土壤間進行比較，但不能給出具體水量的概念。
③土壤水分貯存量。指一定深度的土層中含水的絕對數(shù)量，通常以毫米為單位，便于與降水量、蒸發(fā)量比較。土壤水分貯存量W（毫米）的計算公式為:W＝0.1·h·d·w。式中h是土層厚度，d為土壤容重（克／厘米3）,0.1是單位換算系數(shù)，w為土壤濕度（重量百分數(shù)）。
④土壤水勢或水分勢是用能量表示的土壤水分含量。其單位為大氣壓或焦／克。為了方便使用，可取數(shù)值的普通對數(shù)，縮寫符號為pF，稱為土壤水的pF值。
土壤濕度測量方法
土壤既是一種非均質(zhì)的、多相的、分散的、顆?；亩嗫紫到y(tǒng)，又是一個由惰性固體、活性固體、溶質(zhì)、氣體以及水組成的多元復合系統(tǒng)，其物理特性非常復雜，并且空間變異性非常大，這就造成了土壤水分測量的難度。
土壤水分測量方法的深入研究，需要一系列與其相關的基礎理論支持，尤其是土壤作為一種非均一性多孔吸水介質(zhì)對其含水量測量方法的研究涉及到應用數(shù)學、土壤物理、介質(zhì)物理、電磁場理論和微波技術等多種學科的并行交叉。而要實現(xiàn)土壤水分的快速測量又要考慮到實時性要求，這更增加了其技術難度。
土壤的特性決定了在測量土壤含水量時，必須充分考慮到土壤容重、土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構、土壤化學組成、土壤含鹽量等基本物理化學特性及變化規(guī)律。
①重量法。取土樣烘干，稱量其干土重和含水重加以計算。
②電阻法。使用電阻式土壤濕度測定儀測定。根據(jù)土壤溶液的電導性與土壤水分含量的關系測定土壤濕度。
③負壓計法。使用負壓計測定。當未飽和土壤吸水力與器內(nèi)的負壓力平衡時，壓力表所示的負壓力即為土壤吸水力，再據(jù)以求算土壤含水量。
④中子法。使用中子探測器加以測定。中子源放出的快中子在土壤中的慢化能力與土壤含水量有關，借助事先標定，便可求出土壤含水量。
⑤遙感法。通過對低空或衛(wèi)星紅外遙感圖象的判讀，確定較大范圍內(nèi)地表的土壤濕度。
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