光纤在各行各业的应用及光纤传感器的设计

崔中慧

摘 要：光纤在石油探测器方面，油中含水检测传感器及测量装置，及油、气、水、油水界面都广泛的应用光纤技术。文章阐述了光纤的基本原理、光纤的特性，光纤在石油、机械、医疗、制造等各行各业的应用。石油检测传感器的设计；差动式光纤光栅压力表设计，其中油水气三项流传感器檢测系统是一场检测系统的革命。

关键词：光纤；传感器设计；应用

光在光纤行业中传播的基本原理，光纤分为单膜光纤及多膜光纤，单膜光纤非常细：5～10μm，而且传递的模式多，折射率分布不一样，光走的方向不同。光纤的特性：波长与光路垂直方向散发能量最小干涉型用单膜光纤包括电气特性，物质特性，结合特性及其图像特性。

光纤应用于石油探测器方面，油中含水检测传感器及测量装置，及油、气、水，及油水界面部都广泛的应用光纤技术。例如立式罐光源电路；光纤光栅压力表利用LED探测器PIN。卧式罐激光器电路原理，当激光器发光的光强提高，探测器接收的光强增加。强度型光纤传感器应用中国石油行业，测油罐的工作温度，它的工作条件，抗震且耐腐蚀，不受油罐中杂质的影响，并能自动清除杂质，且温度误差修正为正负1摄氏度。反射式光纤传感器也应用于加油站贮罐检测系统。

光纤应用于各种传感器的设计中，光纤光栅压力表，差压传感器。汽车水箱温度报警器差压式光纤光栅压力表，利用的不是差压光纤光栅压力表，是质量密度，重力加速度的概念，必须测温度，校正质量密度求出Gt，比重计直接测出Gt，初始安装的位置表示两种液体的界面，表示液位的变化值。液体的分界面测量原理（利用压差表，压力表，正负压室及受力状态）。例如大庆某公司利用的压力表流量计。

光纤传感器技术应用于家用燃气报警器，其检测对象：人工煤气、天然气、液化石油气，一氧化碳气及不完全燃烧产物，主要功能是声光报警，故障诊断报警，报警输出控制主要利用单膜光纤及耦合器电源等等。

光纤适用于仪表技术；电膜测与仪表，传感器技术等。它的精度非常高。向各行各业提供测量仪器。光纤技术还广泛的应用于服装鞋帽等，其中包括鞋业制造，测量等。光纤还适用于机械行业中。比如测量内螺纹垂直度，表面粗糙度。在医疗，计划生育，美容及化妆品行业得到广泛利用。

根据国内单模的光纤可以拉，多模的光纤不能拉，所以，一般敏感型选择单模的光纤，依据光纤的特性：传输特性，波长，光斑尺寸，激光传播的距离，垂直方向损耗最小，是用透镜无法比的，而且光纤越粗损耗越大，电绝缘，不受磁场干扰，耐高压及核辐射。光纤的物质特性抗拉（2公斤），弯曲不折（环境：-20至100度）特性不改变，结合的特性；光纤有接头，有耦合和电缆一样，温度敏感光纤，压力敏感光纤，应用于仓储防盗、文物保护、国家机密、银行、证券、大型商场、航空航天等行业。

图像的特性，解决了机械行业的小孔测量问题，内螺纹测量问题，利用光纤技术做防水人体秤、彩票机、用光纤制造公路铁路与交通部门联系，光纤的优点是省电。

反射式光纤传感器的总体应用；加油站储罐检测系统，接触介质材料熔化液体加保护套不锈钢，接口尺寸；径向；应用于卧式罐检测系统，加油站检测压力传感器。利用光纤理论、光纤排列、结合机械结构来完成。

光纤的排列误差，带来系统误差靠标定，分别对几个温度量及几个压力值进行运算。

光纤传感器：干涉型的百分之三十应用于工业。光强型：形成产业和生产力，马赫干涉仪；光纤陀螺仪和制导系统的应用；利用温度，容量、过程控制，它用于国防科技。光纤科技应用在医学上也是很常见的，用于计划生育、优生、优育；用光纤小镜检测准备怀孕的妇女排卵是否健康。光纤测量应用于鞋业制造、制衣等行业；可测量出人脚的每一个截面的尺寸组合起来组成一个曲面、准确的做出鞋来。例如：内高跟鞋等等。制衣也同上理论，可以做立体设计、裁剪。

单光源推动多回路参数巡回检测：光耦合器——光纤——光耦合器——激光光源115/系列差动电容——微功耦合电路——LED——O/E——计算机——为PPM调制系统。

光纤链、光纤通信、光纤传感器网络系统与信息传输的应用；光纤链：由信息采集E/O、信息传输OF、信息处理OE组成；分为单功能、双功能。

光纤总线：本地监控中心——过程控制中心——分控中心——随时监控计算机系统。建设总线程序包括任务来源、设计阶段、施工图纸、准备阶段、施工阶段、竣工阶段。

1 光纤传感器的设计

油中含水检测传感器及测量装置的设计主要包括含油多少、含气多少，若油含水百分之二或者含水更多就击穿了，油、水、气三相流传感器检测系统是一场检测系统的革命。

浓度计：光纤浓度计的设计：反射式：利用给的后像散射原理，相变点随液体性质而改变、根据不同的液体：一个探头一探，就知道油、气、水，油水界面（应用光纤）用什么方法检测油包水或水包油呢利用光纤界面、角位移；线位移变成角位移，轴带着码盘运动。

2 差动式光纤光栅压力表设计

2.1 差压式传感器

模合位移：50·40·4=8000（8米）

50·40·5MM加0、01的压力模合位移0、5%；

2.2 光编机O/E、E/O

2.3 计算机、单片机

差压的概念：P1>P2，压力P=BGH B：密度 G：重力加速度 H：液位 用三块表求出液位。

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

h=（P1-P3）/（P1-P2）

光纤光栅压力表（与大气压或压差AP）

显示压力值P1、、、、、、Pn（实测值）

显示温度值T1、、、、、、Tn（实测值）

计算体积：Vt=质量/体积·密度=M/GT M=Vt[1-r/B20（t-20）]B20F 则M=VtGt

式中：M-液体石油产品在空气中的重量；B20-液体石油产品在20度时的密度；r-液体石油产品温度系数；Vt-液体石油产品在20度时的体积；Gt-液体石油产品在t度时单位体积的重量；F-在真空中质量换算成空气中重量的换算系数。H=P/Gt+h0（初始电装位移）。

反射式光纤传感器总体结构设计：卧式罐检测系统，加油站检测压力传感器：光纤排列光桥理论，启动LED1工作PD1、PD2全收到信号。

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

得出两个电流和两个透射率，P1D1发射的光要耦合到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

分别对四个温度量及四个压力值进行运算。

3 结束语

根据以上的设计，光纤可以在石油、机械、医疗、制造等各行各业得到广泛的应用。其中在油水气三项流传感器检测系统中产生一场检测系统的革命。