光纖在各行各業的應用及光纖傳感器的設計

崔中慧

摘 要：光纖在石油探測器方面，油中含水檢測傳感器及測量裝置，及油、氣、水、油水界面都廣泛的應用光纖技術。文章闡述了光纖的基本原理、光纖的特性，光纖在石油、機械、醫療、制造等各行各業的應用。石油檢測傳感器的設計；差動式光纖光柵壓力表設計，其中油水氣三項流傳感器檢測系統是一場檢測系統的革命。

關鍵詞：光纖；傳感器設計；應用

光在光纖行業中傳播的基本原理，光纖分為單膜光纖及多膜光纖，單膜光纖非常細：5～10μm，而且傳遞的模式多，折射率分布不一樣，光走的方向不同。光纖的特性：波長與光路垂直方向散發能量最小干涉型用單膜光纖包括電氣特性，物質特性，結合特性及其圖像特性。

光纖應用于石油探測器方面，油中含水檢測傳感器及測量裝置，及油、氣、水，及油水界面部都廣泛的應用光纖技術。例如立式罐光源電路；光纖光柵壓力表利用LED探測器PIN。臥式罐激光器電路原理，當激光器發光的光強提高，探測器接收的光強增加。強度型光纖傳感器應用中國石油行業，測油罐的工作溫度，它的工作條件，抗震且耐腐蝕，不受油罐中雜質的影響，并能自動清除雜質，且溫度誤差修正為正負1攝氏度。反射式光纖傳感器也應用于加油站貯罐檢測系統。

光纖應用于各種傳感器的設計中，光纖光柵壓力表，差壓傳感器。汽車水箱溫度報警器差壓式光纖光柵壓力表，利用的不是差壓光纖光柵壓力表，是質量密度，重力加速度的概念，必須測溫度，校正質量密度求出Gt，比重計直接測出Gt，初始安裝的位置表示兩種液體的界面，表示液位的變化值。液體的分界面測量原理（利用壓差表，壓力表，正負壓室及受力狀態）。例如大慶某公司利用的壓力表流量計。

光纖傳感器技術應用于家用燃氣報警器，其檢測對象：人工煤氣、天然氣、液化石油氣，一氧化碳氣及不完全燃燒產物，主要功能是聲光報警，故障診斷報警，報警輸出控制主要利用單膜光纖及耦合器電源等等。

光纖適用于儀表技術；電膜測與儀表，傳感器技術等。它的精度非常高。向各行各業提供測量儀器。光纖技術還廣泛的應用于服裝鞋帽等，其中包括鞋業制造，測量等。光纖還適用于機械行業中。比如測量內螺紋垂直度，表面粗糙度。在醫療，計劃生育，美容及化妝品行業得到廣泛利用。

根據國內單模的光纖可以拉，多模的光纖不能拉，所以，一般敏感型選擇單模的光纖，依據光纖的特性：傳輸特性，波長，光斑尺寸，激光傳播的距離，垂直方向損耗最小，是用透鏡無法比的，而且光纖越粗損耗越大，電絕緣，不受磁場干擾，耐高壓及核輻射。光纖的物質特性抗拉（2公斤），彎曲不折（環境：-20至100度）特性不改變，結合的特性；光纖有接頭，有耦合和電纜一樣，溫度敏感光纖，壓力敏感光纖，應用于倉儲防盜、文物保護、國家機密、銀行、證券、大型商場、航空航天等行業。

圖像的特性，解決了機械行業的小孔測量問題，內螺紋測量問題，利用光纖技術做防水人體秤、彩票機、用光纖制造公路鐵路與交通部門聯系，光纖的優點是省電。

反射式光纖傳感器的總體應用；加油站儲罐檢測系統，接觸介質材料熔化液體加保護套不銹鋼，接口尺寸；徑向；應用于臥式罐檢測系統，加油站檢測壓力傳感器。利用光纖理論、光纖排列、結合機械結構來完成。

光纖的排列誤差，帶來系統誤差靠標定，分別對幾個溫度量及幾個壓力值進行運算。

光纖傳感器：干涉型的百分之三十應用于工業。光強型：形成產業和生產力，馬赫干涉儀；光纖陀螺儀和制導系統的應用；利用溫度，容量、過程控制，它用于國防科技。光纖科技應用在醫學上也是很常見的，用于計劃生育、優生、優育；用光纖小鏡檢測準備懷孕的婦女排卵是否健康。光纖測量應用于鞋業制造、制衣等行業；可測量出人腳的每一個截面的尺寸組合起來組成一個曲面、準確的做出鞋來。例如：內高跟鞋等等。制衣也同上理論，可以做立體設計、裁剪。

單光源推動多回路參數巡回檢測：光耦合器——光纖——光耦合器——激光光源115/系列差動電容——微功耦合電路——LED——O/E——計算機——為PPM調制系統。

光纖鏈、光纖通信、光纖傳感器網絡系統與信息傳輸的應用；光纖鏈：由信息采集E/O、信息傳輸OF、信息處理OE組成；分為單功能、雙功能。

光纖總線：本地監控中心——過程控制中心——分控中心——隨時監控計算機系統。建設總線程序包括任務來源、設計階段、施工圖紙、準備階段、施工階段、竣工階段。

1 光纖傳感器的設計

油中含水檢測傳感器及測量裝置的設計主要包括含油多少、含氣多少，若油含水百分之二或者含水更多就擊穿了，油、水、氣三相流傳感器檢測系統是一場檢測系統的革命。

濃度計：光纖濃度計的設計：反射式：利用給的后像散射原理，相變點隨液體性質而改變、根據不同的液體：一個探頭一探，就知道油、氣、水，油水界面（應用光纖）用什么方法檢測油包水或水包油呢利用光纖界面、角位移；線位移變成角位移，軸帶著碼盤運動。

2 差動式光纖光柵壓力表設計

2.1 差壓式傳感器

模合位移：50·40·4=8000（8米）

50·40·5MM加0、01的壓力模合位移0、5%；

2.2 光編機O/E、E/O

2.3 計算機、單片機

差壓的概念：P1>P2，壓力P=BGH B：密度 G：重力加速度 H：液位 用三塊表求出液位。

H=（P1-P3/P1-P2）BG P=BGH □P=（P1-P2）=BGH

h=（P1-P3）/（P1-P2）

光纖光柵壓力表（與大氣壓或壓差AP）

顯示壓力值P1、、、、、、Pn（實測值）

顯示溫度值T1、、、、、、Tn（實測值）

計算體積：Vt=質量/體積·密度=M/GT M=Vt[1-r/B20（t-20）]B20F 則M=VtGt

式中：M-液體石油產品在空氣中的重量；B20-液體石油產品在20度時的密度；r-液體石油產品溫度系數；Vt-液體石油產品在20度時的體積；Gt-液體石油產品在t度時單位體積的重量；F-在真空中質量換算成空氣中重量的換算系數。H=P/Gt+h0（初始電裝位移）。

反射式光纖傳感器總體結構設計：臥式罐檢測系統，加油站檢測壓力傳感器：光纖排列光橋理論，啟動LED1工作PD1、PD2全收到信號。

啟動LED2： X1=P1·K1·I2·M2 Y1=P1·K1·I11·M1

得出兩個電流和兩個透射率，P1D1發射的光要耦合到PD2的上面

X2=P2·K2·I22·M2 Y2=P2·K2·I12·M1 S=X1·Y2/Y1·X2=P1·K1·I21·M2·P2·K2·I12·M1/P1·K1·I11·M1·P2·K2·I22·M2=I21·I12/I11·I22

分別對四個溫度量及四個壓力值進行運算。

3 結束語

根據以上的設計，光纖可以在石油、機械、醫療、制造等各行各業得到廣泛的應用。其中在油水氣三項流傳感器檢測系統中產生一場檢測系統的革命。