自助下单地址（拼多多砍价，ks/qq/dy赞等业务）：点我进入

光纤最早应用于光的传输，适用于信息的远距离传输，是现代信息社会光纤通信的基石。 光波在光纤中传播的特征参数会因外界因素的作用而发生间接或直接的变化，因此光纤传感器可以分析和检测这些物理量、化学量和生物量的变化。

光纤传感器

光纤传感器由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光检测器和解调器组成。 其基本原理是将光源的光通过入射光纤送入调制区微型光纤光谱仪，光在调制区与外界被测参数相互作用，使光的光学特性（如强度、波长、频率、相位、部分常态等）发生。 成为调制信号光，再通过出射光纤送到光检测器和解调器，得到被测参数。

光纤传感器的分类

光纤传感器按结构类型可分为两大类：一类是功能（传感）传感器； 另一个是非功能性（光传​​输）传感器。

功能传感器

利用对外界信息具有灵敏度和检测能力的光纤（或特种光纤）作为传感元件，对光纤中传输的光进行调制，改变传输光的强度、相位、频率或偏振等特性状态，然后对调制信号进行解调，得到被测信号。

光纤既是导光介质微型光纤光谱仪，又是敏感元件，多采用多模光纤。

优点：结构紧凑，灵敏度高。 缺点：必须使用专用光纤，成本高。 典型例子：光纤陀螺仪、光纤水听器等。

非功能性传感器

它是利用其他敏感元件来感知被测量的变化，而光纤只是作为信息的传输介质，多采用单模光纤。 光纤只起导光作用，光在光纤式敏感元件上进行测量和调制。

优点：不需要特殊的光纤等特殊技术，实现起来比较容易，成本低。 缺点：灵敏度低。 大多数实用的是非功能性光纤传感器。

根据调制光波的不同性质和参数，这两类光纤传感器又可分为强度调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、频率调制光纤传感器、偏振态调制光纤传感器和波长调制光纤传感器。

1）强度调制光纤传感器

其基本原理是被测物理量引起光纤中传输光强度的变化，通过检测光强的变化来实现被测测量。 恒定光源发出的光强度注入传感器头。 在传感头中，光强在被测信号的作用下发生变化，即受到外场的调制，从而使输出光强的包络线与被测信号的形状相同同样，光电检测器测得的输出电流也经过同样的调制，信号处理电路对调制后的信号再次进行检测，得到被测信号。

该类传感器的优点是结构简单、成本低、易于实现，因此开发和应用较早，已成功应用于位移、压力、表面粗糙度、加速度、间隙、力、液位、振动、辐射等测量。 强度调制的方式有很多种，大致可分为反射强度调制、透射强度调制、光模强度调制、折射率和吸收系数强度调制等。

一般将反射式强度调制、透射式强度调制和折射率式强度调制称为外调制，光模称为内调制。 但由于原理的限制，容易受到光源波动和连接器损耗变化的影响，所以这种传感器只能用于干扰源较小的场合。

2）相位调制光纤传感器

其基本原理是：在被测能量场的作用下，光纤中光波的相位发生变化，然后通过干涉测量技术将相位变化转化为光强变化，从而检测出被测物理量。 相位调制光纤传感器的优点是灵敏度极高、动态测量范围大、响应速度快。 .

目前主要应用领域有：利用光弹效应的声音、压力或振动传感器； 使用磁致伸缩效应的电流和磁场传感器； 使用电致伸缩的电场和电压传感器； 使用Signac效应的旋转角速度传感器（光纤陀螺仪）等

3）调频光纤传感器

其基本原理是利用运动物体的反射光或散射光的多普勒频移效应来检测其运动速度，即光频率与光接收器和光源之间的运动状态有关。 当它们相对静止时，它们接收光的振荡频率； 当它们之间有相对运动时，接收光频率与其振荡频率发生频移，频移的大小与相对运动速度的大小和方向有关。

因此，这种传感器多用于测量物体的速度。 还有其他的调频方法，如一些材料的吸收和荧光现象也随外参改变频率，量子相互作用产生的布里渊和拉曼散射也是调频现象。 它的主要应用是测量流体流量。 其他包括当物质被强光照射时使用拉曼散射来测量气体浓度或监测空气污染的气体传感器； 使用光致发光等的温度传感器

4）偏振态调制光纤传感器

其基本原理是利用光偏振态的变化来传递被测物体的信息。

光波是一种横波，其光矢量垂直于传播方向。 如果光波的光矢量方向始终不变，但其大小随相位变化，这种光称为线偏振光。 光矢量与光传播方向形成的平面就是线偏振光的振动平面。

如果光矢量的大小不变，其方向绕传播方向作匀速旋转，则光矢量末端的运动轨迹为圆形，这种光称为圆偏振光。 如果光矢量的大小和方向有规律地变化，光矢量的末端沿椭圆旋转，这种光称为椭圆偏振光。

利用光波的偏振特性，可以制造偏振调制光纤传感器。 在许多光纤系统中，尤其是涉及单模光纤的系统中，偏振起着重要作用。 许多物理效应会影响或改变光的偏振态，有些效应会导致双折射。 所谓双折射现象，就是对于一些光学性质随方向变化的晶体，一束入射光往往会分解成两束折射光。 通过双折射介质的光的相位延迟是输入光偏振态的函数。

本发明的偏振态调制光纤传感器检测灵敏度高，可避免光源强度变化的影响，相对相位调制光纤传感器结构简单，调整方便。 其主要应用领域是：利用法拉第效应的电流和磁场传感器； 使用布尔效应的电场和电压传感器； 使用光弹性效应的压力、振动或声学传感器； 使用双折射的温度、压力和振动传感器。 目前主要用于监测强电流。

5）波长调制光纤传感器

传统的波长调制光纤传感器是利用传感探头的光谱特性随外界物理量变化的特性实现的。

大多数这些传感器是非功能性传感器。 在波长调制光纤探头中，光纤只是简单地用作光导，即将入射光发送到测量区域，将返回的调制光发送到分析仪。 光纤波长检测技术的关键是光源和光谱分析仪的良好性能，这对传感系统的稳定性和分辨率具有决定性的影响。

光纤波长调制技术主要应用于医学、化学等领域。 例如人体血气的分析、pH值检测、指示剂溶液浓度的化学分析、磷光和荧光现象的分析、黑体辐射分析和法布里-珀罗滤波器等。所谓波长调制光纤传感器主要指的是光纤布拉格光栅传感器（FBG）。

光纤传感器的特点和优势

光纤传感器具有极高的灵敏度和精度、固有安全性、抗电磁干扰、介电强度高、耐腐蚀、传感与传输一体化、与数字通信系统兼容等优点。 总结如下：

(1) 灵敏度高；

(2) 轻薄灵活，便于安装嵌入；

(3)电绝缘性和化学稳定性。 光纤本身是一种绝缘性高、化学性质稳定的物质，适用于电力系统、化工系统中的高压隔离、易燃易爆系统等恶劣环境；

(4)安全性好。 光纤传感器是电无源敏感元件，因此在测量时不存在漏电、触电等安全隐患；

(5)抗电磁干扰。 一般来说，光波的频率高于电磁辐射的频率，因此光在光纤中的传播不会受到电磁噪声的影响；

(6) 分布式测量成为可能。 一根光纤可实现远距离连续测控，可准确测量任一点的应变、损伤、振动、温度等信息，从而形成大范围的监测区域，提高环境检测水平；

(7)使用寿命长。 光纤的主要材料是石英玻璃，上面覆盖着高分子材料包层，比金属传感器更耐用；

(8)输送容量大。 以光纤为母线，用大容量光纤代替笨重的多芯水下光缆，采集和存储各个传感点的信息，通过复用技术实现分布式光纤传感器监控。

分布式光纤传感器

分布式光纤传感技术是在20世纪70年代后期提出的，随着光时域反射计（OTDR）技术的出现而发展起来，至今仍在光纤工程中得到广泛应用。 近十年来，产生了一系列分布式光纤传感机构和测量系统，并逐渐应用于多个领域。 目前，该技术已成为光纤传感技术中最具发展前景的技术之一。

分布式光纤传感器是利用独特的分布式光纤检测技术，测量或监测光纤传输路径沿线空间分布和时变信息的传感器。 利用光波在光纤中传输的特性，可以沿光纤长度连续感测被测对象（如温度、压力、应力和应变等）。 光纤既是传感介质又是被测传输介质。 它沿场布置传感光纤，可以同时获取被测场的空间分布和时变信息。

分布式光纤传感器具有以下特点：

1）分布式光纤传感系统中传感元件仅为光纤；

2) 一次测量即可得到整个光纤区域的被测一维分布图，将光纤架设成光栅状即可测量被测二维和三维分布图；

3）系统的空间分辨率一般在米量级，因此一般只能观测到较窄范围内的实测变化的平均值；

4）测量精度与系统的空间分辨率之间一般存在相互制约；

5）检测信号普遍较弱，因此要求信号处理系统具有较高的信噪比；

6) 由于在检测过程中需要进行大量的信号加法平均、频率扫描、相位跟踪等处理，需要很长时间才能实现一次完整的测量。

由于光纤电缆不易受到电磁干扰，分布式光纤温度传感系统通常用于电力电缆热点的温度监测和测量。 对恶劣环境的把握和管理以及改善现场作业环境的需要是分布式光纤温度传感系统市场稳定增长的主要原因。 同时，传感器电缆部署的技术困难也是该市场增长面临的主要障碍。

随着越来越多的应用，分布式光纤传感器现在主要应用于6大领域，包括管道和海上石油平台的结构检测； 液体管道和水坝的泄漏检测； 道路结冰检测、铁路监测； 安全系统检测，电力电缆监控； 光纤通信生产监控； 环境监测和长期温度测量。

光纤传感技术的研究是随着光纤技术和光通信技术而迅速发展起来的一门新型传感技术。 近年来，光纤传感在机械、电子仪器仪表、航空航天、石油、化工、食品安全等领域的生产过程自动控制、在线检测、故障诊断等方面取得了卓有成效的发展和推广。