光纖壓力傳感器原理
為得到薄膜偏移和所施加的壓力間的線(xiàn)性關(guān)系,傳感器的形狀和材料都經(jīng)嚴格選擇。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空腔內的壓力(單位psi)
Lcav是由信號解調器所測得的空腔長(cháng)度(單位nm)
L0是處于零點(diǎn)初始狀態(tài)的空腔長(cháng)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(lèi)型:1)量規型;2)絕對型和3)差分型。在量規型傳感器的情況下,P0等于周?chē)鷫毫虼髿鈮?。量規型傳感器有a)一個(gè)通氣孔,它使空腔處于周?chē)鷫毫ο禄騜)一個(gè)密封成大氣壓的空腔;在絕對型壓力傳感器的情形下,P0 = 0,工廠(chǎng)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(lèi)型的傳感器有一個(gè)通氣孔接頭,用于維持空腔內給定的壓力。
原理
我們所有傳感器的信號解調器都是根據白光干涉技術(shù)制成的。信號解調器(FTI-100i, FTI-10,等)將來(lái)自傳感器的光信號轉換成絕對FP空腔長(cháng)度。這個(gè)空腔長(cháng)度之所以被稱(chēng)為絕對是因為它確實(shí)對應著(zhù)測量這個(gè)光信號時(shí)的FP干涉儀的物理空腔長(cháng)度(相對于空腔長(cháng)度的相對測量ΔL,其時(shí)被確定為任意的初始值)。這個(gè)差別是重要的,因為許多光纖傳感技術(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),僅能測量長(cháng)度變化ΔL。在要求長(cháng)期靜態(tài)測量的所有應用中,絕對測量是至關(guān)重要的。光信號以信號解調器采樣速度所確定的頻率被轉化。在壓力傳感器的情況下,10,000nm 的工作范圍內轉化準確度為±1nm。
一旦測得空腔長(cháng)度Lcav,解調器就會(huì )根據下面的公式計算P-P0P-P0 = (Lcav-L0)/S .................(2)
然后就計錄并在解調器上顯示這一壓力值(帝制單位psi或SI單位bar)。靈敏度系數S(由儀器序列號決定)及L0的初始定義值提供了將所測得的空腔長(cháng)度轉化為壓力的所有必要信息.
儀器序列號
(在傳感器光纖接頭附近打印的)儀器序列號有7位數,在壓力傳感器的情況下以數字6開(kāi)始。壓力傳感器儀器序列號的形式為 6XYZZZZ,其意義如下:
* 數字6 表示該傳感器為壓力傳感器(數字4表示溫度傳感器);
* 數字X僅用于區別一批中那些具有相同靈敏度的傳感器;
* ZZZZ是靈敏度S與刻度因數之積,即ZZZZ = S·10(n+1),其中n=0, 1, 2 或3
* 數字Y給出了刻度因數n的值,即Y=n
我們的信號解調器有一套完整的功能,可讓用戶(hù)在解調器存儲器中儲存、消除或選擇不同的儀器序列號。這些功能可通過(guò)前板面的按壓控制鍵或RS-232序列連接的遙控指令實(shí)現。在存儲器中可儲存多大50個(gè)儀器序列號。
0的定義
以壓力傳感器的類(lèi)型不同,空腔長(cháng)度有不同的定義。
量規型:信號解調器(FTI-10, FTI-100i等)容許用戶(hù)讓傳感器自我設定空腔長(cháng)度L0之值(原始值等于0),因此而設定測量的始態(tài)。這可通過(guò)解調器的清零(ZERO/NULL)來(lái)執行。當用戶(hù)選擇ZERO/NULL指令時(shí),解調器會(huì )立即記錄下傳感器的空腔長(cháng)度并將之設定為L(cháng)0。通常在周?chē)h(huán)境壓力或大氣壓下完成這個(gè)過(guò)程。解調器將在存儲器內保留這個(gè)定義值直至下次用戶(hù)改變時(shí)(注:當記憶消失或解調器失靈時(shí),用戶(hù)可(應用內部單元的OFFSET功能)找回先前定義的L0值)。
絕對型:這種類(lèi)型的傳感器有一個(gè)工廠(chǎng)校正的空腔長(cháng)度L0。用戶(hù)通過(guò)內部單元的OFFSET功能即可向解調器存儲器內輸入這個(gè)值。
差分型:步驟與量規型相同
準確度
傳感器的準確度取決于精度(0.1%FS)、零點(diǎn)熱漂移(%FS/℃)和靈敏度熱漂移(%讀數 /℃)??傉`差是這三個(gè)分離誤差的函數,最壞的情況是它們最大或最小值的代數和。下面的圖顯示了這些誤差對傳感器響應特性的影響。
壓力傳感器的標稱(chēng)響應 零點(diǎn)熱漂移 靈敏度熱漂移
常用壓力單位換算關(guān)系
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