光纖壓力傳感器原理

壓力傳感器的重要傳感元件是法布利-比洛特(FP)型光學(xué)干涉儀。干涉儀的兩面鏡子分別是位于一端的薄膜內(nèi)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(zhuǎn)換成了FP 干涉儀空腔長(zhǎng)度的變化。

為得到薄膜偏移和所施加的壓力間的線性關(guān)系，傳感器的形狀和材料都經(jīng)嚴(yán)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是FP空腔內(nèi)的壓力(單位psi)
Lcav是由信號(hào)解調(diào)器所測(cè)得的空腔長(zhǎng)度(單位nm)
L0是處于零點(diǎn)初始狀態(tài)的空腔長(zhǎng)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(guī)型；2）絕對(duì)型和3）差分型。在量規(guī)型傳感器的情況下，P0等于周圍壓力或大氣壓。量規(guī)型傳感器有a)一個(gè)通氣孔，它使空腔處于周圍壓力下或b)一個(gè)密封成大氣壓的空腔；在絕對(duì)型壓力傳感器的情形下，P0 = 0，工廠生產(chǎn)時(shí)其空腔在真空狀態(tài)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(gè)通氣孔接頭，用于維持空腔內(nèi)給定的壓力。

信號(hào)解調(diào)處理

原理

我們所有傳感器的信號(hào)解調(diào)器都是根據(jù)白光干涉技術(shù)制成的。信號(hào)解調(diào)器(FTI-100i, FTI-10，等)將來自傳感器的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成絕對(duì)FP空腔長(zhǎng)度。這個(gè)空腔長(zhǎng)度之所以被稱為絕對(duì)是因?yàn)樗_實(shí)對(duì)應(yīng)著測(cè)量這個(gè)光信號(hào)時(shí)的FP干涉儀的物理空腔長(zhǎng)度（相對(duì)于空腔長(zhǎng)度的相對(duì)測(cè)量ΔL，其時(shí)被確定為任意的初始值）。這個(gè)差別是重要的，因?yàn)樵S多光纖傳感技術(shù)、尤其是那些基于單色光干涉術(shù)（與白光干涉術(shù)相反）的傳感技術(shù)，僅能測(cè)量長(zhǎng)度變化ΔL。在要求長(zhǎng)期靜態(tài)測(cè)量的所有應(yīng)用中,絕對(duì)測(cè)量是至關(guān)重要的。光信號(hào)以信號(hào)解調(diào)器采樣速度所確定的頻率被轉(zhuǎn)化。在壓力傳感器的情況下，10,000nm 的工作范圍內(nèi)轉(zhuǎn)化準(zhǔn)確度為±1nm。

一旦測(cè)得空腔長(zhǎng)度Lcav，解調(diào)器就會(huì)根據(jù)下面的公式計(jì)算P-P0P-P0 = (Lcav-L0)/S .................(2)

然后就計(jì)錄并在解調(diào)器上顯示這一壓力值（帝制單位psi或SI單位bar）。靈敏度系數(shù)S（由儀器序列號(hào)決定）及L0的初始定義值提供了將所測(cè)得的空腔長(zhǎng)度轉(zhuǎn)化為壓力的所有必要信息.

儀器序列號(hào)

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

* 數(shù)字6 表示該傳感器為壓力傳感器（數(shù)字4表示溫度傳感器）；
* 數(shù)字X僅用于區(qū)別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(shù)之積，即ZZZZ = S·10(n+1)，其中n=0, 1, 2 或3
* 數(shù)字Y給出了刻度因數(shù)n的值，即Y=n

我們的信號(hào)解調(diào)器有一套完整的功能，可讓用戶在解調(diào)器存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存、消除或選擇不同的儀器序列號(hào)。這些功能可通過前板面的按壓控制鍵或RS-232序列連接的遙控指令實(shí)現(xiàn)。在存儲(chǔ)器中可儲(chǔ)存多大50個(gè)儀器序列號(hào)。

0的定義

以壓力傳感器的類型不同，空腔長(zhǎng)度有不同的定義。

量規(guī)型：信號(hào)解調(diào)器(FTI-10, FTI-100i等)容許用戶讓傳感器自我設(shè)定空腔長(zhǎng)度L0之值（原始值等于0），因此而設(shè)定測(cè)量的始態(tài)。這可通過解調(diào)器的清零（ZERO/NULL)來執(zhí)行。當(dāng)用戶選擇ZERO/NULL指令時(shí)，解調(diào)器會(huì)立即記錄下傳感器的空腔長(zhǎng)度并將之設(shè)定為L(zhǎng)0。通常在周圍環(huán)境壓力或大氣壓下完成這個(gè)過程。解調(diào)器將在存儲(chǔ)器內(nèi)保留這個(gè)定義值直至下次用戶改變時(shí)（注：當(dāng)記憶消失或解調(diào)器失靈時(shí),用戶可（應(yīng)用內(nèi)部單元的OFFSET功能）找回先前定義的L0值）。

絕對(duì)型：這種類型的傳感器有一個(gè)工廠校正的空腔長(zhǎng)度L0。用戶通過內(nèi)部單元的OFFSET功能即可向解調(diào)器存儲(chǔ)器內(nèi)輸入這個(gè)值。

差分型：步驟與量規(guī)型相同

準(zhǔn)確度

傳感器的準(zhǔn)確度取決于精度(0.1%FS)、零點(diǎn)熱漂移(%FS/℃)和靈敏度熱漂移(%讀數(shù) /℃)?？傉`差是這三個(gè)分離誤差的函數(shù)，最壞的情況是它們最大或最小值的代數(shù)和。下面的圖顯示了這些誤差對(duì)傳感器響應(yīng)特性的影響。

壓力傳感器的標(biāo)稱響應(yīng) 零點(diǎn)熱漂移 靈敏度熱漂移

壓力單位

常用壓力單位換算關(guān)系

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