一、光纖傳感器是什么傳感器

光(guang)纖傳感器(qi)是(shi)一種(zhong)使用光(guang)學纖維作為傳感元件的(de)傳感器(qi)，這種(zhong)傳感器(qi)通過測(ce)量光(guang)信號在(zai)光(guang)纖中的(de)傳播特性，來檢測(ce)和測(ce)量物(wu)理(li)量的(de)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、高靈敏(min)度、小型化設(she)計和(he)適應(ying)多種環境的能力強等(deng)(deng)優點，廣泛應(ying)用于工業、醫療、結構健康(kang)監測、照(zhao)明和(he)通信、油氣領域等(deng)(deng)場(chang)景。

二、光纖傳感器的分類有哪些

光纖傳感器是(shi)一種(zhong)應用廣泛的傳感器，它的種(zhong)類眾多，按(an)照不同(tong)分類方法可分為不同(tong)類型(xing)：

1、按結構類型分

（1）功能型傳感器

?利用(yong)對(dui)外(wai)界(jie)信(xin)(xin)息(xi)具(ju)有敏(min)感能力(li)和檢測(ce)能力(li)的光纖(或特殊光纖)作為傳感元件，對(dui)光纖內傳輸的光進(jin)(jin)行調(diao)制(zhi)，使傳輸的光的強(qiang)度、相(xiang)位、頻率或偏振態等特性(xing)發生變化，再通(tong)過被(bei)調(diao)制(zhi)過的信(xin)(xin)號進(jin)(jin)行解調(diao)，從而得出被(bei)測(ce)信(xin)(xin)號。

優點：結構(gou)緊湊，靈(ling)敏度高。缺(que)點：須(xu)用特殊(shu)光(guang)纖(xian)，成本高。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(shi)利用(yong)其它敏感元件(jian)感受(shou)被測(ce)量的(de)變(bian)化，光(guang)纖僅作(zuo)為(wei)信息(xi)的(de)傳輸介質(zhi)，常采用(yong)單模光(guang)纖。光(guang)纖在其中僅起導光(guang)作(zuo)用(yong)，光(guang)照在光(guang)纖型(xing)敏感元件(jian)上被測(ce)量調制。

優點(dian)：無需特(te)殊光纖及(ji)其他特(te)殊技術(shu)，比(bi)較容易實現，成(cheng)本(ben)低。缺點(dian)：靈敏度(du)較低。實用化的大都是(shi)非功(gong)能型的光纖傳感器。

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

基本原理(li)是待(dai)測(ce)(ce)物理(li)量引起光(guang)(guang)(guang)纖中傳輸光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)強的(de)變化，通過檢測(ce)(ce)光(guang)(guang)(guang)強的(de)變化實現對待(dai)測(ce)(ce)量的(de)測(ce)(ce)量。一(yi)恒定光(guang)(guang)(guang)源(yuan)發出的(de)強度為(wei)的(de)光(guang)(guang)(guang)注入(ru)傳感頭，在傳感頭內，光(guang)(guang)(guang)在被(bei)(bei)(bei)測(ce)(ce)信號(hao)(hao)(hao)的(de)作用下(xia)其(qi)強度發生了變化，即(ji)受到(dao)了外場的(de)調制(zhi)，使(shi)得(de)輸出光(guang)(guang)(guang)強的(de)包絡線與被(bei)(bei)(bei)測(ce)(ce)信號(hao)(hao)(hao)的(de)形狀一(yi)樣，光(guang)(guang)(guang)電探測(ce)(ce)器(qi)測(ce)(ce)出的(de)輸出電流也作同樣的(de)調制(zhi)，信號(hao)(hao)(hao)處理(li)電路(lu)再檢測(ce)(ce)出調制(zhi)信號(hao)(hao)(hao)，就得(de)到(dao)了被(bei)(bei)(bei)測(ce)(ce)信號(hao)(hao)(hao)。

這(zhe)類傳感器的(de)優點是結(jie)構簡單(dan)、成(cheng)本低、容易實現，因此開(kai)發(fa)應用的(de)比(bi)較早，現在(zai)已經成(cheng)功的(de)應用在(zai)位(wei)移、壓(ya)力、表面粗糙度(du)(du)、加速度(du)(du)、間隙(xi)、力、液位(wei)、振動、輻射等的(de)測(ce)量。強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)調(diao)(diao)制的(de)方(fang)式(shi)很多，大致(zhi)可分為(wei)反射式(shi)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)調(diao)(diao)制、透射式(shi)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)調(diao)(diao)制、光模式(shi)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)調(diao)(diao)制以及折射率和吸(xi)收系數強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)調(diao)(diao)制等等。

（2）相位調制型光纖傳感器

基本(ben)(ben)原理是：在(zai)被測能量(liang)場的(de)(de)作用(yong)下，光(guang)(guang)纖內的(de)(de)光(guang)(guang)波(bo)的(de)(de)相(xiang)位發生變化，再用(yong)干涉測量(liang)技(ji)術將相(xiang)位的(de)(de)變化轉換成(cheng)光(guang)(guang)強的(de)(de)變化，從(cong)而檢(jian)測到待(dai)測的(de)(de)物理量(liang)。相(xiang)位調(diao)制型(xing)光(guang)(guang)纖傳感器(qi)的(de)(de)優點是具有極(ji)高的(de)(de)靈敏度(du)，動態(tai)測量(liang)范圍大(da)，同(tong)(tong)時(shi)響應速度(du)也快，其缺(que)點是對(dui)光(guang)(guang)源要求(qiu)比較(jiao)高同(tong)(tong)時(shi)對(dui)檢(jian)測系統(tong)的(de)(de)精(jing)密度(du)要求(qiu)也比較(jiao)高，因此成(cheng)本(ben)(ben)相(xiang)應較(jiao)高。

目前(qian)主(zhu)要(yao)的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)領域為：利用(yong)光(guang)彈效(xiao)應(ying)(ying)的(de)(de)聲、壓力或振動傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)；利用(yong)磁(ci)致伸縮(suo)效(xiao)應(ying)(ying)的(de)(de)電(dian)流(liu)、磁(ci)場傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)；利用(yong)電(dian)致伸縮(suo)的(de)(de)電(dian)場、電(dian)壓傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)；利用(yong)賽格納克效(xiao)應(ying)(ying)的(de)(de)旋轉(zhuan)角(jiao)速度傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)（光(guang)纖陀螺）等。

（3）頻率調制型光纖傳感器

基(ji)本原理是利用運動(dong)物體反射(she)或散射(she)光的多普勒頻(pin)(pin)移效(xiao)應來檢(jian)測其運動(dong)速度(du)，即光頻(pin)(pin)率與光接收(shou)器和(he)光源間運動(dong)狀(zhuang)態(tai)有關(guan)。當(dang)它們(men)相(xiang)對(dui)靜止時，接收(shou)到光的振(zhen)蕩頻(pin)(pin)率；當(dang)它們(men)之間有相(xiang)對(dui)運動(dong)時，接收(shou)到的光頻(pin)(pin)率與其振(zhen)蕩頻(pin)(pin)率發(fa)生頻(pin)(pin)移，頻(pin)(pin)移大小與相(xiang)對(dui)運動(dong)速度(du)大小和(he)方向有關(guan)。

因此(ci)，這種(zhong)(zhong)傳(chuan)感器多用(yong)于測量(liang)(liang)(liang)物體(ti)(ti)運動速度(du)(du)。頻(pin)率調(diao)制(zhi)還有一些其(qi)他(ta)方法，如某些材(cai)料的吸收和(he)熒光(guang)現(xian)象隨外界參量(liang)(liang)(liang)也(ye)發生頻(pin)率變(bian)化，以及量(liang)(liang)(liang)子相互作用(yong)產生的布里淵和(he)拉曼散(san)射也(ye)是一種(zhong)(zhong)頻(pin)率調(diao)制(zhi)現(xian)象。其(qi)主(zhu)要(yao)應用(yong)是測量(liang)(liang)(liang)流體(ti)(ti)流動，其(qi)它還有利(li)用(yong)物質受強光(guang)照射時的拉曼散(san)射構成的測量(liang)(liang)(liang)氣體(ti)(ti)濃度(du)(du)或監測大(da)氣污染的氣體(ti)(ti)傳(chuan)感器；利(li)用(yong)光(guang)致(zhi)發光(guang)的溫(wen)度(du)(du)傳(chuan)感器等(deng)。

（4）偏振態調制型光纖傳感器

基本原理(li)是(shi)利用光的(de)偏(pian)振態的(de)變化來傳遞被測對象信息(xi)。

光(guang)(guang)(guang)(guang)波(bo)是一(yi)種橫(heng)波(bo)，它的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)矢量(liang)是與傳(chuan)播方向(xiang)垂直(zhi)的(de)。如(ru)果(guo)光(guang)(guang)(guang)(guang)波(bo)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)矢量(liang)方向(xiang)始(shi)終不變，只是它的(de)大小隨(sui)相(xiang)位改(gai)變，這樣(yang)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)稱為是線偏(pian)振(zhen)光(guang)(guang)(guang)(guang)。光(guang)(guang)(guang)(guang)矢量(liang)與光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)傳(chuan)播方向(xiang)組成的(de)平面(mian)為線偏(pian)振(zhen)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)振(zhen)動面(mian)。

如果(guo)光(guang)矢(shi)量(liang)的(de)(de)大小(xiao)保持不變，而它(ta)的(de)(de)方向(xiang)(xiang)繞(rao)傳播方向(xiang)(xiang)均勻(yun)的(de)(de)轉(zhuan)動(dong)，光(guang)矢(shi)量(liang)末端(duan)的(de)(de)軌跡是(shi)一(yi)個(ge)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)，這樣的(de)(de)光(guang)稱(cheng)為(wei)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)偏振(zhen)光(guang)。如果(guo)光(guang)矢(shi)量(liang)的(de)(de)大小(xiao)和方向(xiang)(xiang)都(dou)在(zai)有規律的(de)(de)變化，且光(guang)矢(shi)量(liang)的(de)(de)末端(duan)沿一(yi)個(ge)橢(tuo)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)轉(zhuan)動(dong)，這樣的(de)(de)光(guang)稱(cheng)為(wei)橢(tuo)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)偏振(zhen)光(guang)。

利(li)用光(guang)(guang)波的(de)偏(pian)(pian)振(zhen)性質，可(ke)以制(zhi)成(cheng)偏(pian)(pian)振(zhen)調制(zhi)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)傳感器。在許(xu)多光(guang)(guang)纖(xian)(xian)系(xi)統(tong)中，尤其是(shi)包含單模光(guang)(guang)纖(xian)(xian)的(de)那(nei)些(xie)系(xi)統(tong)，偏(pian)(pian)振(zhen)起著重要的(de)作用。許(xu)多物理效應都會影(ying)響或改變(bian)光(guang)(guang)的(de)偏(pian)(pian)振(zhen)狀態(tai)(tai)，有些(xie)效應可(ke)引起雙折射(she)現象(xiang)。所謂雙折射(she)現象(xiang)就是(shi)對于光(guang)(guang)學性質隨方(fang)向(xiang)而異(yi)的(de)一些(xie)晶體，一束入射(she)光(guang)(guang)常分(fen)解為兩束折射(she)光(guang)(guang)的(de)現象(xiang)。光(guang)(guang)通(tong)過雙折射(she)媒質的(de)相位延遲是(shi)輸入光(guang)(guang)偏(pian)(pian)振(zhen)狀態(tai)(tai)的(de)函(han)數。

偏振態(tai)調(diao)制(zhi)光纖傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)檢測(ce)靈敏度高，可避免(mian)光源強度變化(hua)的(de)影響(xiang)，而且相對相位調(diao)制(zhi)光纖傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)結構簡單、且調(diao)整方便。其主(zhu)要應用(yong)領域為(wei)：利用(yong)法(fa)拉第效(xiao)應的(de)電(dian)流、磁場(chang)(chang)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)；利用(yong)泡爾效(xiao)應的(de)電(dian)場(chang)(chang)、電(dian)壓傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)；利用(yong)光彈(dan)效(xiao)應的(de)壓力(li)、振動或(huo)聲傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)；利用(yong)雙折射性的(de)溫度、壓力(li)、振動傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)。目前最主(zhu)要的(de)還是用(yong)于監測(ce)強電(dian)流。

（5）波長調制型光纖傳感器

傳統(tong)的波長(chang)調制型光纖傳感器是利用傳感探(tan)頭的光譜(pu)特性隨(sui)外界物理量變化的性質來(lai)實現(xian)的。

此類傳(chuan)(chuan)感器多(duo)為非功能型傳(chuan)(chuan)感器。在波(bo)(bo)長(chang)調制(zhi)的(de)光(guang)纖(xian)探頭中，光(guang)纖(xian)只是(shi)簡單的(de)作為導光(guang)用，即把入射光(guang)送往(wang)測(ce)量區，而將返回的(de)調制(zhi)光(guang)送往(wang)分析器。光(guang)纖(xian)波(bo)(bo)長(chang)探測(ce)技術的(de)關鍵是(shi)光(guang)源和頻譜(pu)分析器的(de)良(liang)好性(xing)(xing)能，這(zhe)對于傳(chuan)(chuan)感系統(tong)的(de)穩定(ding)性(xing)(xing)和分辨率起(qi)著(zhu)決(jue)定(ding)性(xing)(xing)的(de)影響。

光(guang)(guang)(guang)纖波長(chang)(chang)調(diao)制(zhi)技術主要應用于醫學(xue)、化學(xue)等領域。例如，對人體血氣(qi)的(de)分(fen)析(xi)、PH值檢測(ce)、指(zhi)示劑溶(rong)液濃度的(de)化學(xue)分(fen)析(xi)、磷光(guang)(guang)(guang)和(he)熒光(guang)(guang)(guang)現象分(fen)析(xi)、黑體輻射分(fen)析(xi)和(he)法布里一珀羅(luo)濾光(guang)(guang)(guang)器(qi)等。而目前所稱的(de)波長(chang)(chang)調(diao)制(zhi)型光(guang)(guang)(guang)纖傳感(gan)器(qi)主要是指(zhi)光(guang)(guang)(guang)纖布拉格光(guang)(guang)(guang)柵傳感(gan)器(qi)（FBG）。