光纖光柵濕度傳感器的應用和特點
現(xiàn)在在測量的領(lǐng)域,溫度和濕度的監(jiān)測在各種不同的地方都必須有很大的比例地位,隨著科學技術(shù)的進步以及工業(yè)化需求,對溫濕度傳感器在環(huán)境適應性,測量精度、測量范圍等方面提出了越來越高的要求?,F(xiàn)在情況是電學式溫濕度傳感器以其低成本、響應速度快、信號便于處理等優(yōu)點,在市場上仍處于主導地位。但是電學式傳感器有一些問題也不容忽視,比如存在互換性差和長期穩(wěn)定性不足等缺點,且不適合應用于電工電力、石油化工等存在易燃易爆惡劣環(huán)境的領(lǐng)域。
隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對自然界物理參量精確測量的需求也越來越緊迫。在此過程中,光纖傳感技術(shù)也獲得了全面的發(fā)展和廣泛的應用,這其中就包括光纖光柵用于傳感和測量的技術(shù)。眾所周知,光纖光柵可以對溫度、應力、應變、位移、加速度等進行精確的測量,而對環(huán)境濕度的測量則是一個最新發(fā)展起來的領(lǐng)域,同時面臨很多亟待解決的科學與工程難題。傳統(tǒng)的濕度傳感器是利用功能材料對環(huán)境水分的吸收,改變自身的電阻、電容等電學參量進行濕度檢測,而光纖光柵則是通過將環(huán)境中水分子含量的變化變?yōu)楣獠ü鈱W參量的變化來測量濕度,具有進行高精度測量的固有優(yōu)勢。
在航空航天、電工電力、軍事及氣象、制藥與煙草等領(lǐng)域,對環(huán)境濕度的監(jiān)測是非常必要的,因此提升濕度監(jiān)測儀器的性能,確保滿足不同檢測環(huán)境需求具有重要意義。傳統(tǒng)的濕度傳感器種類包括毛發(fā)式、干濕球式,以及電容式、電阻式等濕度傳感器。這些類型的濕度傳感器易受電磁、油氣等惡劣環(huán)境的干擾,穩(wěn)定性較差,應用范圍有限。濕度傳感器被廣泛地應用于眾多領(lǐng)域,如工業(yè)控制、醫(yī)藥生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)種植、氣象探測以及食品存儲等。在這些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)對濕度的快速、準確的測量具有重要意義。市場上成熟的電學式濕度傳感器產(chǎn)品,如電阻式濕度傳感器和電容式濕度傳感器具有測量精度高、響應速度快等優(yōu)點,但長期穩(wěn)定性及互換性較差,并且在某些特殊應用場合(例如強電磁環(huán)境、油氣檢測環(huán)境)中會失效,甚至引發(fā)安全事故,因此,在一些易燃易爆的場合需要一種無源檢測的濕度傳感器。
電氣傳感器已經(jīng)廣泛的應用在各種測試測量設備中,但是它具有非常多的局限性,如傳輸損耗、易受干擾、無法在惡劣環(huán)境中得到應用等。近年來隨著光電子學的發(fā)展,光信號由于它的抗干擾性和低損耗性能,已經(jīng)逐漸替代電信號應用于傳感器。
光纖傳感器是一種無源傳感器,不易受到電磁信號的干擾,本質(zhì)安全(即阻燃、防爆),可適應電工電力、化工制藥等易燃易爆環(huán)境。并且光纖傳感器體積小,質(zhì)量輕,更容易置入空間狹小的區(qū)域進行遠距離組網(wǎng)監(jiān)測。
比較常用的光纖濕度傳感器是光纖光柵濕度傳感器,光纖光柵式溫濕度傳感器是隨著光纖通訊技術(shù)發(fā)展起來的一種新型溫濕度傳感器,與傳統(tǒng)電學式溫濕度傳感器相比,具有抗電磁干擾,電絕緣性好、動態(tài)范圍大等優(yōu)點,并且傳感部分質(zhì)量輕,體積小,結(jié)構(gòu)和幾何形狀多樣化,易于復用組網(wǎng)實現(xiàn)實時、在線、分布式傳感。由于光纖光柵本身對于濕度不敏感,需要通過與濕敏材料共同作用來組成濕敏元件。