标签: 光纤传感器

应用介绍 大坝安全监测中心经常对当前工程中的大坝进行检查, 以确保水电站的安全运行。 大坝原有的观测模式是 传感器加上人工观测模式 ，多数传感器经过多年运行后逐渐 老化 ，出现 测点损伤 ，且 精度无法与现有光纤传输传感器相比 ，受现有传感器类型和精度的限制，大坝变形监测只能依靠部分大坝人工观测，人力成本高，且没有进行全方位监测。 对于传统的观测方式，应用光纤光栅可埋入结构，对其内部的应变等参数进行 实时地高分辨率和大范围监测 ，是未来智能结构的集成光学神经，也是目前健康监测首选的传感器之一。由于光纤光栅 具有不受干扰和光路波动影响、具有绝对测量和易于实现波分复用的准分布式传感等突出优点 ，可以构成 大型的传感网络 。因此，某项目工程采用光纤监控手段对坝体的安全性能进行监控。 光纤传感器大坝监测应用成效 1）包括 应力、倾斜、变形、渗透压力、振动等多种监测方法 ，解决大坝 全覆盖监测 ，这不仅是大坝监测的目的，也是国内外在该方面的技术空白。 2）对水工设施的全方位监测，彻底改变了大坝安全监测的现状， 使大坝的行为完全可控、可控 。 3）该成果的应用完全取代了人工观测，其最大的好处就是 安全 ，可以保证大坝的安全状况处于可控可控的状态。 光纤传感器特性总结 通过光纤传感器在工程实践中的应用表现，可总结出其具备如下几个特性： 1）多用途、全方位。 2）高精度、无零漂。 3）抗干扰、防雷击。 4）网布设、免维护。 宏集Micronor光纤传感器 Micronor AG 是传感领域的专家，在光纤和机电传感器技术方面拥有广泛的专业背景。创新和深厚的光纤技术领域的知识使Micronor的传感器能够 应对温度、应变、位置测量解决方案中的挑战 ，这些解决方案即使 在恶劣的环境中也能可靠地工作 。宏集Micronor光纤传感器多应用于 铁路（振动监控、定位）、矿业、医疗行业、风电行业、石油石化行业 等。 多轴光纤加速度器 用于测量高压环境或潜在爆炸性环境中的振动和运动。典型应用包括受电弓监测、风力涡轮机叶片、MRI、变压器、发电机、采矿以及石油和天然气。 多点温度测量 温度测定基于"拉曼效应"，从而确定沿玻璃纤维的温度分布。通过使用极短的光脉冲，可实现约100mm的空间分辨率，测量光纤的最大长度为250m。 光纤位置传感器 包含光纤增量编码器(常用于检测电机轴或线性驱动器的运动和速度)；光纤绝对旋转编码器（用于确定轴位置）；线性传感器（以高分辨率记录几米的纯被动线性运动）。 光纤信号设备 包括光纤微动开关、紧急停止开关。在大电流附近进行安全信号检测,旨在满足 MRI、医疗和工业应用的挑战性要求。

（一） 什么是编码器？ 编码器可用作 旋转角度的光学或机械传感器 。因此，它们可以 在有或没有接触点的情况下工作的测量单位 。例如，光学编码器纯粹以视觉方式工作。 在大多数情况下，传感器提供数字输出信号。这些输出信号在评估器件的传感器线末端进行解码。 从原理上讲，光纤旋转位置传感器是 用于测量轴的位置的角度测量器 。它们基于纯光学的被动传感器和一个控制器。此外，使用机械旋转位置传感器可以测量长度、位置、转速和加速度。 （二） 光纤绝对式和光纤增量式编码器 1.二者区别 在增量式和绝对式旋转位置传感器之间存在一些相关差异，这些差异主要影响其 工作过程 。 【增量式旋转位置传感器】对每个运动步骤都产生一个脉冲。它们通过在旋转盘上计数条纹和划分周期来实现。与此同时，它们 仅能检测变化信息 。增量式旋转位置传感器 无法存储当前位置，需要借助控制器实现 。如果需要获取当前位置，就需要将设备移动到初始位置或参考位置。与绝对式旋转位置传感器相比，增量式设备 更具成本效益，结构更简单 。通常情况下，尽管需要额外的计数器、硬件和软件，这一点仍然成立。 与增量式旋转位置传感器相比，【绝对式编码器】 始终知道其当前位置 。这一点对于 工具机和数控加工中心 尤为重要和有利。例如，如果 设备在停电期间仍在运行，那么可以轻松地恢复操作 。这可以节省大量资金和时间，特别是在关联的传送线路上。 此外， 伺服电机 也需要绝对式运动。绝对式旋转位置传感器配备了一个编码盘，其轨道数量取决于分辨率。例如，当角度分辨率为13位时，同时会检测和评估13个轨道。通过插值技术，可以实现更高的分辨率。 此外，绝对式旋转位置传感器还可以区分为单圈绝对式和多圈绝对式。 单圈绝对式只能捕捉轴的一个完整旋转周期 。输出码在每次新的旋转周期中会重复。然而，如果在 捕捉范围内存在多个旋转周期 ，则 需要多圈绝对式传感器 。 2. 宏集Mcironor的光纤编码器 宏集Micronor提供多种类型的光纤编码器。这些型号包括HJ-MR330和HJ-MR430。光纤编码器配备了不同类型的连接光纤，一种是 玻璃光纤 ，一种是 POF光纤 。【HJ-MR330】适用于编码器和控制器之间 距离较远 的情况；而由于其小巧的尺寸，【HJ-MR430】特别适用于 空间有限 的系统。 此外，宏集Micronor还提供多种不同类型的增量式编码器。每个型号几乎都可以根据个体需求进行定制。产品组合中有 无金属的型号 ，也有 非常坚固的型号 。此外，还提供部分高分辨率的增量式编码器。 增量式和绝对式编码器之间存在一些区别，对于我们认识各自的工作流程和应用要求来说非常重要。希望上述文章可以为您解答困惑。

PART 1 什么是编码器？ 编码器可用作 旋转角度的光学或机械传感器 。因此，它们是可以 在 有或没有接触点的情况下工作的测量单位 。例如，光学编码器纯粹以视觉方式工作。 在大多数情况下，传感器提供数字输出信号。这些输出信号在评估器件的传感器线末端进行解码。 从原理上讲，光纤旋转位置传感器是 用于测量轴的位置的角度测量器 。它们基于纯光学的被动传感器和一个控制器。此外，使用机械旋转位置传感器可以测量长度、位置、转速和加速度。 PART 2 光纤绝对式和光纤增量式编码器 二者区别 在增量式和绝对式旋转位置传感器之间存在一些相关差异，这些差异主要影响其 工作过程 。 【增量式旋转位置传感器】对每个运动步骤都产生一个脉冲。它们通过在旋转盘上计数条纹和划分周期来实现。与此同时，它们 仅能检测变化信息 。增量式旋转位置传感器 无法存储当前位置，需要借助控制器实现 。如果需要获取当前位置，就需要将设备移动到初始位置或参考位置。与绝对式旋转位置传感器相比，增量式设备 更具成本效益，结构更简单 。通常情况下，尽管需要额外的计数器、硬件和软件，这一点仍然成立。 与增量式旋转位置传感器相比，【绝对式编码器】 始终知道其当前位置 。这一点对于 工具机和数控加工中心 尤为重要和有利。例如，如果 设备在停电期间仍在运行，那么可以轻松地恢复操作 。这可以节省大量资金和时间，特别是在关联的传送线路上。 此外， 伺服电机 也需要绝对式运动。绝对式旋转位置传感器配备了一个编码盘，其轨道数量取决于分辨率。例如，当角度分辨率为13位时，同时会检测和评估13个轨道。通过插值技术，可以实现更高的分辨率。 此外，绝对式旋转位置传感器还可以区分为单圈绝对式和多圈绝对式。 单圈绝对式 只能捕捉轴的一个完整旋转周期 。输出码在每次新的旋转周期中会 重复 。然而，如果在 捕捉范围内存在多个旋转周期 ，则需要 多圈绝对式传感器 。 虹科Mcironor的光纤编码器 虹科MICRONOR提供多种类型的光纤编码器。这些型号包括HK-MR330和HK-MR430。光纤编码器配备了不同类型的连接光纤，一种是 玻璃光纤 ，一种是 POF光纤 。【HK-MR330】适用于编码器和控制器之间 距离较远 的情况；而由于其小巧的尺寸，【HK-MR430】特别适用于 空间有限 的系统。 此外，虹科MICRONOR还提供多种不同类型的增量式编码器。每个型号几乎都可以根据个体需求进行定制。产品组合中 有无金属的型号，也有非常坚固的型号 。此外，还提供部分高分辨率的增量式编码器。 结论 在增量式和绝对式编码器之间存在一些相关的区别，对于各自的工作流程和要求来说非常重要。我们希望我们已经为您提供了一些清晰度。 但是，如果您仍然需要帮助，并且正在寻找有关各种编码器的更多信息，我们很乐意为您提供支持。 我们随时为您提供个性化的咨询，并凭借我们的专业知识和经验来帮助您。

PART 1 背景介绍 光纤传感器已成为推动MRI最新功能套件升级和新MRI设备设计背后的关键技术。将患者的某些活动与MRI成像系统同步是越来越受重视的需求。磁场强度随着每一代的发展而增大，因此，组件的电磁透明度在每一代和新应用中变得更加重要。 光学传感器固有的 无源性和电磁抗扰性 ，加上光纤的 全绝缘性 ，对于传感器设计和MRI套件的Zone 4区（MRI扫描仪位置）内外的光信号传输都是理想的。设计能够在MRI设备中的极端电磁场中工作的设备是极具挑战性的。MRI套件不允许使用由铁基材料、镍合金和大多数不锈钢材料制成的常规部件和结构，包括电子设备、电动机和工业常用的其他电气和机电设备。磁性吸引的金属，无论大小，都可能成为有害的抛射物，损坏机器或影响患者/操作员的安全。此外，不合适的材料会产生伪影或扭曲，影响成像结果的质量。 我们的核心重点是 开发和应用MRI兼容光纤传感器 ，这是闭合环路所必需的，特别是用于 测量位置、速度和极限 。 PART 2 光纤传感器的工作原理 什么是光纤 光纤虽然是由玻璃制成，但是光纤并不脆弱！光纤和电缆被设计成 坚固的，并能抵抗物理虐待，特别是过度弯曲和高拉伸负荷 。军方在最严格的应用中使用光纤，包括飞机、导弹、卫星和最恶劣的环境--从沙漠到北极，从海底到太空。它本质上只是另一种金属丝——玻璃丝。 什么是光纤传感器 如图1所示，光纤传感器是一种将传入设备的物理信号转变为光信号的设备。从这个意义上说，光纤传感器不是一个真正的传感器--它不把一种形式的能量转换成另一种形式--而是一个传感元件，它 改变注入传感器的光的特征参数 。 因此，一个典型的光纤传感器系统由三部分组成--光纤耦合的无源光学传感器、有源询问器或系统接口，以及连接它们的光纤光路或链接。由于其 低损耗和长距离无干扰传输的能力 ，光纤链路提供了将主动询问器/系统接口置于MRI扫描器（4区）区域之外的方法。 光纤传感器是如何工作的 通常，光被发送到传感器，其中光的振幅、波长、偏振等会被改变。其他传感器测量光的飞行时间，而物理特性会改变光路长度。光纤传感器最简单的形式是光学限位开关，其必须确定光路中是否存在物体。在这种情况下，评估光的开/关状态是足够的，并且结果可靠。不幸的是，对于光纤设计者来说，光纤链路内的光学振幅不稳定，无法依靠其进行绝对测量。长期光源退化、光纤弯曲和光纤连接器的不可重复性都会随着时间的推移影响光的传输，环境因素严重影响测量精度。光纤通信链路是可靠的，因为它们传输数字信息，并且所有接收器都包含自动增益控制（AGC）放大器。因此， 依赖于光幅度调制的位置传感器被证明是不稳定、不准确和不可靠的 。 基于光谱的技术更可靠 ，因为它们不受光强度的影响。无论光水平是低还是高，光纤中的光谱光分布都保持不变。例如，光纤布拉格光栅就是这样一种技术，它会改变光谱行为，但会受到温度的影响，从而导致位置传感器变差。 虹科 Micronor MR330系列MRI位置传感器的关键光学创新在于，位置信息嵌入到光谱中，并提供准确、高分辨率的位置信息，不受光纤链路中变化损耗或退化的影响 。利用光谱而不是振幅作为信息载体，即使在光纤链路安装退化的情况下，也能确保可靠的精度。 如图3所示，询问器/控制器通过输入光纤向传感器发送宽带光脉冲。基于旋转码盘的位置，内部光学器件被动地将该光脉冲源转换为通过输出光纤传输的返回信号，其中光谱图案基本上是旋转编码器角度位置的唯一二进制表示。在内部，询问器的功能类似于光谱分析系统，在该系统中，光学返回信号被成像到CCD上，所得光谱特征被分析并转换为角位置码。 虹科MR338 MRI安全位置传感器的第二个创新点是 由非金属材料制成，从而完全射频透明 。与最初的虹科MR332“金属”工业传感器设计相比，这不是一种简单的非金属材料替代品。由于所需的精度，材料必须在温度、湿度和时间上极其稳定。在内部，传感器精确解析到4µm，因此材料的任何移动都会导致位置读数错误。有许多塑料材料具有合适的低温系数，然而，正如塑料的典型情况一样，它们具有吸湿性，这意味着它们根据水分含量改变尺寸。合适的陶瓷类材料用于尺寸关键光学器件的对准。该零件使用高精度立体光刻制造技术制造。由此产生的虹科 MR338 MRI位置传感器系统提供 13位（8192计数或0.044°）单圈分辨率和12位（4096计数）多圈跟踪 。同样的光学技术也应用于光纤线性位置传感系统。 PART 3 应用案例 虹科MICRONOR MR348 功能性核磁共振成像（fMRI）是一种基于脑部血流和氧代谢成像，利用核磁共振成像观察大脑功能的技术。fMRI的一个研究领域是研究由损伤或中风引起的脑损伤，并对各种治疗和康复技术的有效性进行后续评估。马奎特大学设计了fMRI患者脚踏装置，如图4A所示。 使用虹科MICRONOR MR348光纤增量编码器输出来监测踏板的速度和角度位置，实验成功地将运动活动与相应的观察到的皮层大脑活动相关联 。一些结果如图4B所示，描绘了将三种运动活动（蹬踏、轻脚和手指敲击）与大脑中特定的皮层活动区域相关的功能图像。这项最初的研究是第一次准确记录与脚踏相关的人类大脑活动，并与fMRI成像相关联。 PART 4 结论 总之， 光纤传感器技术是开发先进医学研究所需的MRI安全运动控制系统的关键推动者 。光纤传感器本质上是被动的，并且不受磁场的影响。光纤在MRI扫描仪（4区）和MRI控制/设备室（3区）之间提供了理想的全介质传输介质。由合适的材料制成，MRI安全光纤传感器提供电磁透明度，可在MRI扫描仪的极端电磁场强度范围内和周围安全使用。它们 坚固、易于安装，即使在MRI孔内使用，也不会产生伪影或影响成像结果 。 PART 5 最新动态 成都国际工业博览会将于 2023年4月26-28日 在 中国西部国际博览城（成都市双流区） 举办。作为全球两大极具规模和影响力工业盛会的系列展，成都国际工业博览会立足未来工业的高站位，精确聚焦中国智能制造，将通过展示 自动化和工业机器人技术、新一代信息技术、金属加工、节能与工业配套、新材料等全行业最新技术和解决方案 ，完美呈现智能工业产业链中的创新技术及产品的有效融合。 虹科诚邀您前来观展，届时，我们将在 14号馆【A093】 展位，向各位展示虹科传感器事业部最新的产品及解决方案，包括虹科压力传感器解决方案、虹科工业级激光测距解决方案等，期待您莅临参观交流！

在对风力涡轮机的转子叶片进行加速度测量的任务中，往往存在一个主要困难： 必须记录发生的振动并将其传输到系统进行评估 。然而，由于现有的高电压和电流，电换能器无法提供可靠的数据。我们将向您展示此问题的虹科解决方案，然后向您介绍适用于转子叶片加速度测量的产品。 Part.01 风力涡轮机转子叶片加速度测量的问题 在发电方面，风力涡轮机想要在激烈的竞争中脱颖而出，最大的挑战是 尽可能减少风力发电带来的能源损失 。 克服这个问题的主要作用是 转子叶片的设计 。因此，目标是确保形成 尽可能少地产生涡流 的设计（因为这些会产生制动效果）。转子叶片在涡旋形成过程中开始振动，而这种涡流的形成可以通过转子叶片上的加速度测量来检测。使用测量数据，可以减少进一步的损耗。 Part.02 虹科Micronor加速度系统解决方案 光纤测量系统是 可靠 且 不受破坏性因素影响 对转子叶片进行加速度测量的理想选择。 使用这样的测量系统，测量头粘在转子叶片上，而光纤电缆沿着它延伸到轮毂。 然后，带有激光源的控制器和相关评估电子设备位于集线器上。 通过对转子叶片进行这些加速度测量，可以确定可用于优化叶片形状的数据。 此外，您可以根据不同的风况调整转子叶片的位置。 测量的核心是 具有反射表面的MEMS 。 入射光束通过棱镜引导到反射表面上，使反射光束以尽可能大的强度耦合到返回光纤中。 如果发生外部加速度，镜子会改变其轴。 这会偏转反射光束。 因此，在评估电子设备中测量的光强度会降低。 光强度的降低与外部加速度成正比。 Part.03 所用产品 在MICRONOR，我们提供的系统可以可靠地对转子叶片进行加速度测量。随着我们的 单轴或多轴光纤加速度计系统 ，您可以测量风力涡轮机等高压环境中的振动和运动。您可以在产品类别中找到各种控制器和传感器。 我们的虹科MR660控制器有 单轴、双轴或三轴 的不同版本。它们在电子或机电传感器失效的地方工作。为此，我们提供合适的传感器： 圆形 1 轴传感器 MR661 和 单轴方形传感器 MR662 ，以及 两轴 MR663 和三轴 MR664 。