一、光纖傳感器是什么傳感器

光(guang)(guang)纖傳(chuan)感器(qi)是(shi)一(yi)種使用(yong)光(guang)(guang)學纖維作(zuo)為傳(chuan)感元件的傳(chuan)感器(qi)，這種傳(chuan)感器(qi)通過測量光(guang)(guang)信(xin)號在光(guang)(guang)纖中的傳(chuan)播(bo)特(te)性，來(lai)檢測和測量物(wu)理量的變(bian)化。

和其他類型的傳感器相比，光纖傳感器具(ju)有抗(kang)電磁干擾(rao)、高靈敏度(du)、小型化設計和(he)適(shi)應(ying)多種環境的能力強(qiang)等優點(dian)，廣泛(fan)應(ying)用于工業、醫(yi)療(liao)、結(jie)構(gou)健康監測、照明和(he)通信、油氣領域(yu)等場景。

二、光纖傳感器的分類有哪些

光纖傳感器是一種(zhong)(zhong)應用廣泛的傳感器，它(ta)的種(zhong)(zhong)類眾多，按(an)照不(bu)(bu)同分類方法可分為(wei)不(bu)(bu)同類型：

1、按結構類型分

（1）功能型傳感器

?利用對(dui)外界信息具有敏感能力和檢測(ce)能力的(de)光(guang)纖(xian)(或特殊光(guang)纖(xian))作為傳(chuan)感元件，對(dui)光(guang)纖(xian)內(nei)傳(chuan)輸(shu)(shu)的(de)光(guang)進行(xing)調(diao)制，使傳(chuan)輸(shu)(shu)的(de)光(guang)的(de)強(qiang)度、相位、頻率或偏振態等特性發生變化，再通過(guo)被調(diao)制過(guo)的(de)信號(hao)進行(xing)解(jie)調(diao)，從(cong)而(er)得(de)出被測(ce)信號(hao)。

優(you)點(dian)：結構緊湊，靈(ling)敏度高(gao)。缺點(dian)：須用(yong)特殊光(guang)纖(xian)，成本高(gao)。典型例(li)子(zi)：光(guang)纖(xian)陀螺、光(guang)纖(xian)水聽器等。

（2）非功能型傳感器

是利用(yong)其它敏感(gan)元(yuan)(yuan)件感(gan)受(shou)被測(ce)量的變化，光(guang)纖僅作為信息的傳輸介質，常采用(yong)單(dan)模光(guang)纖。光(guang)纖在其中僅起(qi)導(dao)光(guang)作用(yong)，光(guang)照在光(guang)纖型敏感(gan)元(yuan)(yuan)件上被測(ce)量調(diao)制。

優點：無需特殊光(guang)纖及其他(ta)特殊技術，比較容易(yi)實(shi)現，成本低。缺(que)點：靈敏度較低。實(shi)用化的(de)大都是非(fei)功(gong)能型的(de)光(guang)纖傳(chuan)感器。

2、按被調制的光波的性質參數分

（1）強度調制型光纖傳感器

基(ji)本原理是(shi)待(dai)(dai)測(ce)(ce)物(wu)理量(liang)引起光纖中傳(chuan)(chuan)輸(shu)光光強(qiang)(qiang)的(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)，通(tong)過檢(jian)測(ce)(ce)光強(qiang)(qiang)的(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)實現(xian)對待(dai)(dai)測(ce)(ce)量(liang)的(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)。一恒定(ding)光源(yuan)發出的(de)(de)強(qiang)(qiang)度為(wei)的(de)(de)光注(zhu)入傳(chuan)(chuan)感(gan)頭(tou)，在(zai)傳(chuan)(chuan)感(gan)頭(tou)內，光在(zai)被測(ce)(ce)信(xin)(xin)號的(de)(de)作用下(xia)其(qi)強(qiang)(qiang)度發生(sheng)了(le)變(bian)化(hua)(hua)，即受到(dao)了(le)外場(chang)的(de)(de)調制，使(shi)得輸(shu)出光強(qiang)(qiang)的(de)(de)包絡線與被測(ce)(ce)信(xin)(xin)號的(de)(de)形狀一樣，光電(dian)探測(ce)(ce)器測(ce)(ce)出的(de)(de)輸(shu)出電(dian)流也作同樣的(de)(de)調制，信(xin)(xin)號處理電(dian)路再檢(jian)測(ce)(ce)出調制信(xin)(xin)號，就(jiu)得到(dao)了(le)被測(ce)(ce)信(xin)(xin)號。

這類傳感器的(de)優點是結構簡單、成本低、容易實現，因此開發(fa)應用(yong)的(de)比較早，現在已經成功的(de)應用(yong)在位(wei)移、壓力、表面(mian)粗糙度(du)、加速度(du)、間(jian)隙、力、液位(wei)、振(zhen)動、輻(fu)射等的(de)測量。強(qiang)度(du)調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)方式(shi)很多，大致可分為反射式(shi)強(qiang)度(du)調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)、透射式(shi)強(qiang)度(du)調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)、光(guang)模(mo)式(shi)強(qiang)度(du)調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)以及(ji)折射率(lv)和吸收系數強(qiang)度(du)調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)等等。

（2）相位調制型光纖傳感器

基(ji)本(ben)原理是(shi)(shi)：在被測(ce)(ce)(ce)能(neng)量(liang)場的(de)(de)(de)作用下，光纖內的(de)(de)(de)光波的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)位(wei)(wei)發生變化，再用干涉測(ce)(ce)(ce)量(liang)技術將(jiang)相(xiang)(xiang)位(wei)(wei)的(de)(de)(de)變化轉換成光強的(de)(de)(de)變化，從(cong)而檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)到待測(ce)(ce)(ce)的(de)(de)(de)物理量(liang)。相(xiang)(xiang)位(wei)(wei)調制型光纖傳(chuan)感器的(de)(de)(de)優點是(shi)(shi)具有(you)極高(gao)的(de)(de)(de)靈敏(min)度，動(dong)態(tai)測(ce)(ce)(ce)量(liang)范圍大，同時響(xiang)應速度也(ye)快，其(qi)缺點是(shi)(shi)對(dui)光源(yuan)要求(qiu)比較高(gao)同時對(dui)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)系統(tong)的(de)(de)(de)精密度要求(qiu)也(ye)比較高(gao)，因此成本(ben)相(xiang)(xiang)應較高(gao)。

目(mu)前主要的應(ying)用(yong)領域為：利(li)用(yong)光彈(dan)效應(ying)的聲(sheng)、壓力或振動傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)；利(li)用(yong)磁致伸縮效應(ying)的電流(liu)、磁場(chang)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)；利(li)用(yong)電致伸縮的電場(chang)、電壓傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)；利(li)用(yong)賽格納克效應(ying)的旋轉角速度傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)（光纖陀螺(luo)）等。

（3）頻率調制型光纖傳感器

基本原(yuan)理是利用運(yun)動(dong)物體(ti)反(fan)射或散射光(guang)(guang)的多普勒頻(pin)(pin)移(yi)效應來檢測其運(yun)動(dong)速度，即光(guang)(guang)頻(pin)(pin)率(lv)與光(guang)(guang)接收(shou)(shou)器(qi)和光(guang)(guang)源間運(yun)動(dong)狀態有關。當(dang)它(ta)們相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)靜止時，接收(shou)(shou)到光(guang)(guang)的振蕩(dang)頻(pin)(pin)率(lv)；當(dang)它(ta)們之(zhi)間有相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)運(yun)動(dong)時，接收(shou)(shou)到的光(guang)(guang)頻(pin)(pin)率(lv)與其振蕩(dang)頻(pin)(pin)率(lv)發生(sheng)頻(pin)(pin)移(yi)，頻(pin)(pin)移(yi)大(da)小(xiao)與相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)運(yun)動(dong)速度大(da)小(xiao)和方向有關。

因(yin)此，這種傳(chuan)感器多用于測(ce)量物體(ti)運動速度(du)。頻(pin)(pin)率(lv)調制還有(you)(you)一(yi)些(xie)其他方法，如某(mou)些(xie)材料的(de)吸收和(he)熒光(guang)現象隨外界(jie)參量也(ye)發生(sheng)頻(pin)(pin)率(lv)變(bian)化(hua)，以及量子相互作用產生(sheng)的(de)布里淵和(he)拉曼散射也(ye)是一(yi)種頻(pin)(pin)率(lv)調制現象。其主要應(ying)用是測(ce)量流(liu)體(ti)流(liu)動，其它還有(you)(you)利用物質受強(qiang)光(guang)照射時的(de)拉曼散射構成的(de)測(ce)量氣體(ti)濃(nong)度(du)或(huo)監(jian)測(ce)大氣污染的(de)氣體(ti)傳(chuan)感器；利用光(guang)致發光(guang)的(de)溫度(du)傳(chuan)感器等。

（4）偏振態調制型光纖傳感器

基(ji)本(ben)原(yuan)理是利用光的偏振態的變(bian)化來傳遞被測(ce)對(dui)象信息(xi)。

光(guang)波(bo)是一種橫波(bo)，它的(de)(de)光(guang)矢量是與(yu)傳(chuan)播方向(xiang)垂直的(de)(de)。如(ru)果光(guang)波(bo)的(de)(de)光(guang)矢量方向(xiang)始終(zhong)不變(bian)，只是它的(de)(de)大小隨相位(wei)改變(bian)，這樣的(de)(de)光(guang)稱為(wei)是線偏(pian)振(zhen)光(guang)。光(guang)矢量與(yu)光(guang)的(de)(de)傳(chuan)播方向(xiang)組成的(de)(de)平面為(wei)線偏(pian)振(zhen)光(guang)的(de)(de)振(zhen)動面。

如果光(guang)(guang)矢(shi)量的大小保(bao)持不(bu)變，而它的方向繞傳播方向均勻的轉(zhuan)動，光(guang)(guang)矢(shi)量末(mo)端的軌跡是一(yi)個圓，這樣(yang)的光(guang)(guang)稱為圓偏(pian)振光(guang)(guang)。如果光(guang)(guang)矢(shi)量的大小和(he)方向都在有規律(lv)的變化，且(qie)光(guang)(guang)矢(shi)量的末(mo)端沿一(yi)個橢圓轉(zhuan)動，這樣(yang)的光(guang)(guang)稱為橢圓偏(pian)振光(guang)(guang)。

利用(yong)光(guang)波的偏振(zhen)性質，可以制成(cheng)偏振(zhen)調(diao)制光(guang)纖傳感器。在許(xu)多光(guang)纖系統(tong)中，尤其是(shi)(shi)包(bao)含單模光(guang)纖的那些系統(tong)，偏振(zhen)起著重要的作用(yong)。許(xu)多物理效(xiao)應都會影響或改變(bian)光(guang)的偏振(zhen)狀(zhuang)態，有些效(xiao)應可引起雙折(zhe)(zhe)射現象。所謂雙折(zhe)(zhe)射現象就是(shi)(shi)對于光(guang)學(xue)性質隨方(fang)向(xiang)而異的一些晶(jing)體，一束入射光(guang)常分解為(wei)兩束折(zhe)(zhe)射光(guang)的現象。光(guang)通過雙折(zhe)(zhe)射媒質的相位延遲(chi)是(shi)(shi)輸(shu)入光(guang)偏振(zhen)狀(zhuang)態的函數。

偏振(zhen)(zhen)態調制光纖(xian)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器檢測靈敏度(du)高，可避免光源(yuan)強(qiang)度(du)變化的(de)(de)影響，而且相對相位(wei)調制光纖(xian)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器結構簡單、且調整方(fang)便(bian)。其主要(yao)應用(yong)(yong)(yong)領域為：利(li)用(yong)(yong)(yong)法拉第(di)效(xiao)應的(de)(de)電(dian)(dian)流、磁場(chang)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器；利(li)用(yong)(yong)(yong)泡爾效(xiao)應的(de)(de)電(dian)(dian)場(chang)、電(dian)(dian)壓(ya)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器；利(li)用(yong)(yong)(yong)光彈效(xiao)應的(de)(de)壓(ya)力(li)、振(zhen)(zhen)動或(huo)聲(sheng)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器；利(li)用(yong)(yong)(yong)雙折射性的(de)(de)溫度(du)、壓(ya)力(li)、振(zhen)(zhen)動傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器。目前最主要(yao)的(de)(de)還是用(yong)(yong)(yong)于監測強(qiang)電(dian)(dian)流。

（5）波長調制型光纖傳感器

傳統的波長調制型光纖傳感器是利用傳感探(tan)頭的光譜特性隨外界物(wu)理量變化(hua)的性質來實(shi)現的。

此類傳感(gan)器(qi)多為非功(gong)能型傳感(gan)器(qi)。在波(bo)長(chang)調(diao)制(zhi)的(de)(de)光(guang)纖探頭中，光(guang)纖只(zhi)是(shi)簡單(dan)的(de)(de)作為導光(guang)用，即把入射光(guang)送(song)往測量區，而將返(fan)回的(de)(de)調(diao)制(zhi)光(guang)送(song)往分析器(qi)。光(guang)纖波(bo)長(chang)探測技術的(de)(de)關鍵是(shi)光(guang)源和(he)頻(pin)譜分析器(qi)的(de)(de)良好性(xing)(xing)能，這對于傳感(gan)系(xi)統的(de)(de)穩定(ding)性(xing)(xing)和(he)分辨率(lv)起著決定(ding)性(xing)(xing)的(de)(de)影響。

光(guang)(guang)纖(xian)波長調制技術主(zhu)要應(ying)用于醫(yi)學(xue)、化學(xue)等(deng)領域。例如，對人體血氣(qi)的(de)分(fen)析、PH值檢測、指示劑溶(rong)液濃度的(de)化學(xue)分(fen)析、磷光(guang)(guang)和熒光(guang)(guang)現象分(fen)析、黑(hei)體輻射分(fen)析和法布(bu)里一珀(po)羅濾光(guang)(guang)器(qi)等(deng)。而目前所稱的(de)波長調制型光(guang)(guang)纖(xian)傳(chuan)感器(qi)主(zhu)要是指光(guang)(guang)纖(xian)布(bu)拉格(ge)光(guang)(guang)柵傳(chuan)感器(qi)（FBG）。