一、光纖傳感器是什么傳感器

光(guang)纖傳(chuan)(chuan)感器(qi)是一種使(shi)用光(guang)學(xue)纖維作為傳(chuan)(chuan)感元件的傳(chuan)(chuan)感器(qi)，這種傳(chuan)(chuan)感器(qi)通過測量光(guang)信號在光(guang)纖中的傳(chuan)(chuan)播特性，來檢測和測量物理量的變化(hua)。

和其他類型的傳感器相比，光纖傳感器具有抗電磁干擾、高靈(ling)敏度、小(xiao)型化(hua)設計和適應多種環(huan)境的能力(li)強等優點(dian)，廣泛(fan)應用于(yu)工業(ye)、醫(yi)療、結構(gou)健康監測、照明和通信、油氣領域等場景。

二、光纖傳感器的分類有哪些

光纖傳感器是一種(zhong)應用廣泛的(de)傳感器，它的(de)種(zhong)類眾多(duo)，按(an)照不同(tong)分(fen)類方法可分(fen)為不同(tong)類型(xing)：

1、按結構類型分

（1）功能型傳感器

?利用對外界信息具有敏感能(neng)力(li)(li)和檢測能(neng)力(li)(li)的(de)光纖(xian)(或特殊光纖(xian))作為傳感元件，對光纖(xian)內傳輸(shu)的(de)光進行調制，使(shi)傳輸(shu)的(de)光的(de)強度、相(xiang)位、頻(pin)率或偏(pian)振態等特性發生(sheng)變化，再通(tong)過被調制過的(de)信號進行解調，從而得出被測信號。

優點：結構緊湊，靈(ling)敏(min)度(du)高。缺點：須用特殊光纖(xian)(xian)，成本高。典型例子(zi)：光纖(xian)(xian)陀(tuo)螺、光纖(xian)(xian)水聽器等。

（2）非功能型傳感器

是利(li)用其它敏(min)感(gan)元(yuan)件(jian)感(gan)受(shou)被測量(liang)的(de)變化，光(guang)纖僅作(zuo)為信息的(de)傳輸(shu)介質，常采用單模光(guang)纖。光(guang)纖在其中僅起導光(guang)作(zuo)用，光(guang)照(zhao)在光(guang)纖型(xing)敏(min)感(gan)元(yuan)件(jian)上被測量(liang)調制(zhi)。

優(you)點：無需特殊光(guang)纖及(ji)其(qi)他(ta)特殊技術，比較容(rong)易實現，成本低(di)。缺點：靈敏(min)度較低(di)。實用化的大都是非功能型的光(guang)纖傳感(gan)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

基本(ben)原(yuan)理是待(dai)測(ce)物(wu)理量引起光(guang)(guang)(guang)(guang)纖中(zhong)傳(chuan)輸(shu)(shu)光(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)強(qiang)的(de)變(bian)化，通過檢(jian)測(ce)光(guang)(guang)(guang)(guang)強(qiang)的(de)變(bian)化實現對待(dai)測(ce)量的(de)測(ce)量。一恒定光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)發(fa)(fa)出(chu)(chu)的(de)強(qiang)度(du)為(wei)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)注入傳(chuan)感(gan)頭，在傳(chuan)感(gan)頭內，光(guang)(guang)(guang)(guang)在被(bei)測(ce)信(xin)號(hao)的(de)作(zuo)用(yong)下其強(qiang)度(du)發(fa)(fa)生了變(bian)化，即受到(dao)了外場的(de)調制(zhi)，使得輸(shu)(shu)出(chu)(chu)光(guang)(guang)(guang)(guang)強(qiang)的(de)包絡線(xian)與被(bei)測(ce)信(xin)號(hao)的(de)形狀一樣(yang)，光(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)探(tan)測(ce)器測(ce)出(chu)(chu)的(de)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)電(dian)流(liu)也作(zuo)同樣(yang)的(de)調制(zhi)，信(xin)號(hao)處理電(dian)路再檢(jian)測(ce)出(chu)(chu)調制(zhi)信(xin)號(hao)，就得到(dao)了被(bei)測(ce)信(xin)號(hao)。

這類傳感器的(de)優點是(shi)結構簡(jian)單、成本低、容易實現(xian)，因此開發應(ying)用(yong)的(de)比較早，現(xian)在已經成功的(de)應(ying)用(yong)在位移、壓力、表(biao)面(mian)粗糙度(du)(du)、加速度(du)(du)、間隙(xi)、力、液位、振動、輻射(she)等(deng)的(de)測量。強度(du)(du)調(diao)制(zhi)(zhi)的(de)方式很多，大致可分為反射(she)式強度(du)(du)調(diao)制(zhi)(zhi)、透射(she)式強度(du)(du)調(diao)制(zhi)(zhi)、光模式強度(du)(du)調(diao)制(zhi)(zhi)以及折射(she)率和吸收(shou)系數強度(du)(du)調(diao)制(zhi)(zhi)等(deng)等(deng)。

（2）相位調制型光纖傳感器

基本(ben)(ben)原理(li)是(shi)：在被測(ce)能量(liang)(liang)場的(de)作用(yong)下，光纖內的(de)光波(bo)的(de)相位(wei)發生變化，再用(yong)干涉(she)測(ce)量(liang)(liang)技術將相位(wei)的(de)變化轉換(huan)成(cheng)光強的(de)變化，從(cong)而(er)檢(jian)測(ce)到待測(ce)的(de)物理(li)量(liang)(liang)。相位(wei)調制(zhi)型光纖傳感器的(de)優(you)點是(shi)具有極高(gao)的(de)靈(ling)敏度，動態測(ce)量(liang)(liang)范圍大，同(tong)(tong)時(shi)響(xiang)應(ying)速(su)度也快，其(qi)缺點是(shi)對(dui)光源要(yao)求(qiu)(qiu)比較高(gao)同(tong)(tong)時(shi)對(dui)檢(jian)測(ce)系統的(de)精密度要(yao)求(qiu)(qiu)也比較高(gao)，因(yin)此成(cheng)本(ben)(ben)相應(ying)較高(gao)。

目前主要(yao)的(de)(de)(de)應用(yong)領域為：利(li)用(yong)光(guang)彈效(xiao)應的(de)(de)(de)聲、壓(ya)力或振(zhen)動傳(chuan)(chuan)感器(qi)；利(li)用(yong)磁致伸縮(suo)效(xiao)應的(de)(de)(de)電(dian)(dian)流、磁場(chang)傳(chuan)(chuan)感器(qi)；利(li)用(yong)電(dian)(dian)致伸縮(suo)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)場(chang)、電(dian)(dian)壓(ya)傳(chuan)(chuan)感器(qi)；利(li)用(yong)賽格納克效(xiao)應的(de)(de)(de)旋轉角速度(du)傳(chuan)(chuan)感器(qi)（光(guang)纖陀螺）等(deng)。

（3）頻率調制型光纖傳感器

基本原理是利用運動物體反射(she)或(huo)散射(she)光(guang)的多普勒頻(pin)移(yi)(yi)效(xiao)應來(lai)檢測其運動速(su)度(du)，即光(guang)頻(pin)率(lv)與(yu)光(guang)接收(shou)(shou)器和光(guang)源間運動狀態(tai)有關。當它們(men)相對靜止時，接收(shou)(shou)到光(guang)的振蕩頻(pin)率(lv)；當它們(men)之間有相對運動時，接收(shou)(shou)到的光(guang)頻(pin)率(lv)與(yu)其振蕩頻(pin)率(lv)發生頻(pin)移(yi)(yi)，頻(pin)移(yi)(yi)大小(xiao)(xiao)與(yu)相對運動速(su)度(du)大小(xiao)(xiao)和方向有關。

因此(ci)，這種傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)多用(yong)于測(ce)(ce)量(liang)(liang)物(wu)(wu)體運動速(su)度(du)。頻率調制還有一些其他方法，如某些材料的(de)吸收和熒光(guang)(guang)(guang)現(xian)象(xiang)隨外界(jie)參量(liang)(liang)也發(fa)生頻率變化，以及量(liang)(liang)子相(xiang)互作(zuo)用(yong)產(chan)生的(de)布里淵和拉曼(man)散射(she)也是(shi)一種頻率調制現(xian)象(xiang)。其主要應用(yong)是(shi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)流體流動，其它還有利用(yong)物(wu)(wu)質受強光(guang)(guang)(guang)照射(she)時的(de)拉曼(man)散射(she)構(gou)成(cheng)的(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)氣體濃度(du)或監測(ce)(ce)大氣污染的(de)氣體傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)；利用(yong)光(guang)(guang)(guang)致發(fa)光(guang)(guang)(guang)的(de)溫度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)等。

（4）偏振態調制型光纖傳感器

基本(ben)原理是利用光的偏振態(tai)的變化(hua)來傳遞被(bei)測對象(xiang)信息。

光(guang)(guang)(guang)波是(shi)一種橫波，它的光(guang)(guang)(guang)矢(shi)量是(shi)與(yu)傳播方向(xiang)垂(chui)直(zhi)的。如果光(guang)(guang)(guang)波的光(guang)(guang)(guang)矢(shi)量方向(xiang)始終不變(bian)，只是(shi)它的大小隨相(xiang)位改變(bian)，這樣的光(guang)(guang)(guang)稱(cheng)為是(shi)線偏(pian)振光(guang)(guang)(guang)。光(guang)(guang)(guang)矢(shi)量與(yu)光(guang)(guang)(guang)的傳播方向(xiang)組成(cheng)的平(ping)面為線偏(pian)振光(guang)(guang)(guang)的振動面。

如(ru)果光(guang)(guang)矢量(liang)(liang)的(de)大(da)小保持不變，而它的(de)方向(xiang)繞(rao)傳播(bo)方向(xiang)均勻的(de)轉動，光(guang)(guang)矢量(liang)(liang)末(mo)端的(de)軌跡是一個(ge)圓，這(zhe)樣的(de)光(guang)(guang)稱為圓偏振光(guang)(guang)。如(ru)果光(guang)(guang)矢量(liang)(liang)的(de)大(da)小和(he)方向(xiang)都在有規律(lv)的(de)變化，且光(guang)(guang)矢量(liang)(liang)的(de)末(mo)端沿一個(ge)橢(tuo)圓轉動，這(zhe)樣的(de)光(guang)(guang)稱為橢(tuo)圓偏振光(guang)(guang)。

利用(yong)光(guang)(guang)(guang)(guang)波的(de)(de)偏(pian)(pian)振性(xing)(xing)質(zhi)，可(ke)以(yi)制成偏(pian)(pian)振調制光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)傳感器(qi)。在許多光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)系(xi)統中，尤其(qi)是包含單模光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)的(de)(de)那些(xie)系(xi)統，偏(pian)(pian)振起著重(zhong)要的(de)(de)作(zuo)用(yong)。許多物理效(xiao)應都會影(ying)響或(huo)改變光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)偏(pian)(pian)振狀(zhuang)態(tai)，有些(xie)效(xiao)應可(ke)引起雙(shuang)折(zhe)射(she)(she)現象(xiang)。所(suo)謂雙(shuang)折(zhe)射(she)(she)現象(xiang)就是對于光(guang)(guang)(guang)(guang)學性(xing)(xing)質(zhi)隨(sui)方向(xiang)而異的(de)(de)一(yi)些(xie)晶體(ti)，一(yi)束入(ru)射(she)(she)光(guang)(guang)(guang)(guang)常(chang)分解為兩束折(zhe)射(she)(she)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)現象(xiang)。光(guang)(guang)(guang)(guang)通過雙(shuang)折(zhe)射(she)(she)媒質(zhi)的(de)(de)相位延(yan)遲(chi)是輸入(ru)光(guang)(guang)(guang)(guang)偏(pian)(pian)振狀(zhuang)態(tai)的(de)(de)函數(shu)。

偏振(zhen)(zhen)態(tai)調(diao)制光纖(xian)傳感(gan)器(qi)(qi)檢測(ce)靈敏度(du)高，可避免(mian)光源強度(du)變化的影響(xiang)，而(er)且相對相位調(diao)制光纖(xian)傳感(gan)器(qi)(qi)結構簡(jian)單(dan)、且調(diao)整方便。其主要應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)領域為(wei)：利(li)用(yong)(yong)法拉(la)第效(xiao)應(ying)(ying)(ying)的電流、磁(ci)場傳感(gan)器(qi)(qi)；利(li)用(yong)(yong)泡爾效(xiao)應(ying)(ying)(ying)的電場、電壓(ya)傳感(gan)器(qi)(qi)；利(li)用(yong)(yong)光彈效(xiao)應(ying)(ying)(ying)的壓(ya)力、振(zhen)(zhen)動或(huo)聲傳感(gan)器(qi)(qi)；利(li)用(yong)(yong)雙折射性(xing)的溫度(du)、壓(ya)力、振(zhen)(zhen)動傳感(gan)器(qi)(qi)。目前(qian)最主要的還是用(yong)(yong)于監測(ce)強電流。

（5）波長調制型光纖傳感器

傳統的波長(chang)調(diao)制型(xing)光(guang)纖傳感(gan)(gan)器是利用傳感(gan)(gan)探(tan)頭的光(guang)譜特(te)性隨外界(jie)物理量變化的性質來(lai)實現的。

此(ci)類(lei)傳感(gan)器多(duo)為(wei)非功能型(xing)傳感(gan)器。在波(bo)長調制(zhi)的光纖探頭中，光纖只(zhi)是(shi)簡(jian)單(dan)的作為(wei)導光用，即把入(ru)射光送往測量(liang)區(qu)，而將(jiang)返回(hui)的調制(zhi)光送往分析器。光纖波(bo)長探測技術的關鍵是(shi)光源和頻譜分析器的良好(hao)性能，這對于傳感(gan)系(xi)統的穩定性和分辨率起著決定性的影響(xiang)。

光(guang)(guang)纖(xian)波長調制(zhi)技術主要應用(yong)于醫學、化學等(deng)領(ling)域。例如，對人體血氣的分析(xi)(xi)、PH值檢(jian)測、指示劑溶液濃度的化學分析(xi)(xi)、磷光(guang)(guang)和熒光(guang)(guang)現象分析(xi)(xi)、黑體輻射分析(xi)(xi)和法布(bu)里一珀羅濾光(guang)(guang)器(qi)等(deng)。而目(mu)前所稱的波長調制(zhi)型(xing)光(guang)(guang)纖(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)主要是指光(guang)(guang)纖(xian)布(bu)拉格光(guang)(guang)柵傳(chuan)感(gan)器(qi)（FBG）。