压力传感器的重要传感元件是法布利-比洛特(FP)型光学干涉仪。干涉仪的两面镜子分别是位于一端的薄膜内表面和位于另一端的光纤尖端。所施加的压力P 引起了薄膜的偏移,而此偏移又直接转换成了FP 干涉仪空腔长度的变化。
id?E)Jy y3JMbl[S0 为得到薄膜偏移和所施加的压力间的线性关系,传感器的形状和材料都经严格选择。其系可表示为:
"}zt`3 Hhl-E:"H` Lcav(P) = L0 + (P-P0S)…………………………(1)
>g}G}=R~3 Z!_n_Fk 其中P是施加到薄膜外表面上的压力(单位psi)
.T8K-<R P0是FP空腔内的压力(单位psi)
ykmv'a$-4 Lcav是由信号解调器所测得的空腔长度(单位nm)
DpvrMI~I_ L0是处于零点初始状态的空腔长度(单位nm),通常定义为P =P0
)%F5t&lum S 是传感器的灵敏度(单位nm)
vy9dAl z_&P?+"Df 压力传感器有三种不同的类型:1)量规型;2)绝对型和3)差分型。在量规型传感器的情况下,P0等于周围压力或大气压。量规型传感器有a)一个通气孔,它使空腔处于周围压力下或b)一个密封成大气压的空腔;在绝对型压力传感器的情形下,P0 = 0,工厂生产时其空腔在真空状态下密封;而在差分型传感器的情形下,P0等于任意的压力。这种类型的传感器有一个通气孔接头,用于维持空腔内给定的压力。
信号解调处理 U\vY/6;JI R5(T([w' 原理 cP rwW6 rt}^4IqL 我们所有传感器的信号解调器都是根据白光干涉技术制成的。信号解调器(FTI-100i, FTI-10,等)将来自传感器的光信号转换成绝对FP空腔长度。这个空腔长度之所以被称为绝对是因为它确实对应着测量这个光信号时的FP干涉仪的物理空腔长度(相对于空腔长度的相对测量ΔL,其时被确定为任意的初始值)。这个差别是重要的,因为许多光纤传感技术、尤其是那些基于单色光干涉术(与白光干涉术相反)的传感技术,仅能测量长度变化ΔL。在要求长期静态测量的所有应用中,绝对测量是至关重要的。光信号以信号解调器采样速度所确定的频率被转化。在压力传感器的情况下,10,000nm 的工作范围内转化准确度为±1nm。
0BK5qz >bIF>9T 一旦测得空腔长度Lcav,解调器就会根据下面的公式计算P-P0P-P0 = (Lcav-L0)/S .................(2)
s`;f2B/| dYF=c 然后就计录并在解调器上显示这一压力值(帝制单位psi或SI单位bar)。灵敏度系数S(由仪器序列号决定)及L0的初始定义值提供了将所测得的空腔长度转化为压力的所有必要信息.
ue\t ,*KYd |8U;m:AS 仪器序列号 suVmg-d ;dZMa]X0 (在传感器光纤接头附近打印的)仪器序列号有7位数,在压力传感器的情况下以数字6开始。压力传感器仪器序列号的形式为 6XYZZZZ,其意义如下:
,b|-rU\ S|AjL
Ng# * 数字6 表示该传感器为压力传感器(数字4表示温度传感器);
Fr [7 * 数字X仅用于区别一批中那些具有相同灵敏度的传感器;
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