一、光纖傳感器是什么傳感器

光(guang)纖傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器是(shi)一種(zhong)使用光(guang)學纖維作(zuo)為傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)元件的傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器，這種(zhong)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器通過測(ce)量(liang)光(guang)信號在光(guang)纖中的傳(chuan)(chuan)播特(te)性，來檢測(ce)和測(ce)量(liang)物(wu)理量(liang)的變化。

和其他類型的傳感器相比，光纖傳感器具有抗電磁干擾、高靈敏度、小型化(hua)設計和適應(ying)多種環境的能力強等(deng)優點(dian)，廣泛應(ying)用于(yu)工業、醫療、結構(gou)健康監測、照明和通信、油氣領域等(deng)場景。

二、光纖傳感器的分類有哪些

光纖傳感器(qi)(qi)是一種應用廣泛(fan)的傳感器(qi)(qi)，它的種類(lei)眾(zhong)多，按照不同(tong)分類(lei)方法可分為(wei)不同(tong)類(lei)型(xing)：

1、按結構類型分

（1）功能型傳感器

?利(li)用對外界信息具有敏感能(neng)力和檢測能(neng)力的(de)光(guang)纖(或特(te)殊光(guang)纖)作(zuo)為傳(chuan)感元(yuan)件(jian)，對光(guang)纖內(nei)傳(chuan)輸(shu)的(de)光(guang)進行調(diao)制，使(shi)傳(chuan)輸(shu)的(de)光(guang)的(de)強度、相(xiang)位、頻率或偏振態等特(te)性(xing)發生變化(hua)，再通(tong)過被調(diao)制過的(de)信號進行解調(diao)，從而(er)得出被測信號。

優點：結構緊湊，靈敏度高(gao)。缺點：須用特(te)殊光(guang)(guang)纖，成本高(gao)。典型(xing)例子：光(guang)(guang)纖陀螺、光(guang)(guang)纖水聽器(qi)等。

（2）非功能型傳感器

是利(li)用其它敏感元件(jian)感受(shou)被(bei)測量(liang)的變化(hua)，光纖(xian)(xian)僅作(zuo)為(wei)信息(xi)的傳輸介(jie)質，常采用單模光纖(xian)(xian)。光纖(xian)(xian)在(zai)其中僅起導光作(zuo)用，光照(zhao)在(zai)光纖(xian)(xian)型敏感元件(jian)上被(bei)測量(liang)調制。

優(you)點：無需特殊光(guang)纖及(ji)其他(ta)特殊技術，比(bi)較(jiao)容易實現，成(cheng)本低(di)。缺點：靈敏(min)度較(jiao)低(di)。實用化的大都是非功(gong)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

基本原理是待(dai)測(ce)(ce)物(wu)理量(liang)引起光(guang)纖中傳(chuan)輸(shu)光(guang)光(guang)強(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)變化(hua)，通過檢(jian)測(ce)(ce)光(guang)強(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)變化(hua)實現對待(dai)測(ce)(ce)量(liang)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)。一恒定光(guang)源發(fa)出的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)為的(de)(de)(de)光(guang)注(zhu)入傳(chuan)感頭(tou)，在傳(chuan)感頭(tou)內，光(guang)在被(bei)測(ce)(ce)信號(hao)(hao)的(de)(de)(de)作用下其(qi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)發(fa)生(sheng)了(le)(le)變化(hua)，即受到了(le)(le)外場的(de)(de)(de)調(diao)制，使得(de)輸(shu)出光(guang)強(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)包絡線與被(bei)測(ce)(ce)信號(hao)(hao)的(de)(de)(de)形狀一樣，光(guang)電探測(ce)(ce)器測(ce)(ce)出的(de)(de)(de)輸(shu)出電流(liu)也作同樣的(de)(de)(de)調(diao)制，信號(hao)(hao)處理電路(lu)再檢(jian)測(ce)(ce)出調(diao)制信號(hao)(hao)，就得(de)到了(le)(le)被(bei)測(ce)(ce)信號(hao)(hao)。

這類傳感器的優點(dian)是結構簡單(dan)、成本(ben)低、容易實(shi)現，因此開(kai)發(fa)應(ying)用的比較早，現在(zai)已(yi)經成功的應(ying)用在(zai)位(wei)移、壓(ya)力、表面(mian)粗糙度、加速度、間隙、力、液位(wei)、振動、輻射等的測量。強(qiang)(qiang)度調(diao)制的方式很多，大致可(ke)分為(wei)反(fan)射式強(qiang)(qiang)度調(diao)制、透射式強(qiang)(qiang)度調(diao)制、光(guang)模式強(qiang)(qiang)度調(diao)制以及折射率和(he)吸收(shou)系數強(qiang)(qiang)度調(diao)制等等。

（2）相位調制型光纖傳感器

基本原理是(shi)：在(zai)被測(ce)能量場的(de)(de)作(zuo)用下，光纖(xian)內的(de)(de)光波的(de)(de)相位發生變化(hua)，再用干(gan)涉測(ce)量技術(shu)將相位的(de)(de)變化(hua)轉換成(cheng)光強的(de)(de)變化(hua)，從(cong)而檢測(ce)到待測(ce)的(de)(de)物理量。相位調(diao)制型(xing)光纖(xian)傳感器的(de)(de)優點是(shi)具有極高的(de)(de)靈敏度(du)，動態(tai)測(ce)量范圍大，同時(shi)響應速度(du)也(ye)快，其(qi)缺(que)點是(shi)對光源(yuan)要(yao)求(qiu)比(bi)較(jiao)高同時(shi)對檢測(ce)系統(tong)的(de)(de)精密度(du)要(yao)求(qiu)也(ye)比(bi)較(jiao)高，因此成(cheng)本相應較(jiao)高。

目(mu)前主(zhu)要的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)領(ling)域(yu)為(wei)：利(li)用(yong)(yong)光彈效應(ying)(ying)(ying)的(de)(de)聲、壓力或振(zhen)動傳(chuan)(chuan)感器；利(li)用(yong)(yong)磁致伸(shen)縮效應(ying)(ying)(ying)的(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)、磁場傳(chuan)(chuan)感器；利(li)用(yong)(yong)電(dian)(dian)致伸(shen)縮的(de)(de)電(dian)(dian)場、電(dian)(dian)壓傳(chuan)(chuan)感器；利(li)用(yong)(yong)賽(sai)格納克(ke)效應(ying)(ying)(ying)的(de)(de)旋轉角速度傳(chuan)(chuan)感器（光纖陀(tuo)螺）等(deng)。

（3）頻率調制型光纖傳感器

基本原理是利用運(yun)動(dong)(dong)物(wu)體(ti)反射(she)(she)或散射(she)(she)光(guang)(guang)(guang)的(de)多普勒(le)頻(pin)(pin)移效應來檢測其運(yun)動(dong)(dong)速度，即光(guang)(guang)(guang)頻(pin)(pin)率(lv)與光(guang)(guang)(guang)接(jie)收器和(he)光(guang)(guang)(guang)源間(jian)運(yun)動(dong)(dong)狀態有關(guan)(guan)。當它(ta)們(men)相對(dui)靜(jing)止時，接(jie)收到光(guang)(guang)(guang)的(de)振蕩頻(pin)(pin)率(lv)；當它(ta)們(men)之間(jian)有相對(dui)運(yun)動(dong)(dong)時，接(jie)收到的(de)光(guang)(guang)(guang)頻(pin)(pin)率(lv)與其振蕩頻(pin)(pin)率(lv)發生頻(pin)(pin)移，頻(pin)(pin)移大(da)小與相對(dui)運(yun)動(dong)(dong)速度大(da)小和(he)方向(xiang)有關(guan)(guan)。

因此，這種傳感(gan)器多用(yong)于測(ce)(ce)量(liang)(liang)物(wu)體(ti)運動速度(du)。頻率調制(zhi)還有一些其他方法，如某些材料的(de)(de)(de)(de)吸收和(he)熒(ying)光現(xian)象隨外(wai)界參量(liang)(liang)也(ye)發生頻率變化，以及(ji)量(liang)(liang)子相(xiang)互(hu)作用(yong)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)布里淵和(he)拉(la)曼散(san)射也(ye)是一種頻率調制(zhi)現(xian)象。其主要(yao)應用(yong)是測(ce)(ce)量(liang)(liang)流體(ti)流動，其它還有利用(yong)物(wu)質(zhi)受強光照射時的(de)(de)(de)(de)拉(la)曼散(san)射構成的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)氣(qi)體(ti)濃度(du)或監測(ce)(ce)大氣(qi)污染的(de)(de)(de)(de)氣(qi)體(ti)傳感(gan)器；利用(yong)光致發光的(de)(de)(de)(de)溫度(du)傳感(gan)器等。

（4）偏振態調制型光纖傳感器

基本原理是利用(yong)光(guang)的偏(pian)振態的變化來傳遞被(bei)測對(dui)象信息。

光(guang)波是一種(zhong)橫波，它的(de)(de)光(guang)矢量是與傳播方(fang)向垂直(zhi)的(de)(de)。如(ru)果(guo)光(guang)波的(de)(de)光(guang)矢量方(fang)向始終不(bu)變，只是它的(de)(de)大小隨相(xiang)位(wei)改變，這樣的(de)(de)光(guang)稱為是線偏(pian)振(zhen)光(guang)。光(guang)矢量與光(guang)的(de)(de)傳播方(fang)向組成(cheng)的(de)(de)平面(mian)為線偏(pian)振(zhen)光(guang)的(de)(de)振(zhen)動面(mian)。

如果(guo)光矢量(liang)的(de)(de)大小保(bao)持不(bu)變，而它(ta)的(de)(de)方(fang)向繞傳播方(fang)向均勻(yun)的(de)(de)轉動，光矢量(liang)末端的(de)(de)軌跡是一個(ge)圓(yuan)(yuan)，這樣(yang)的(de)(de)光稱為圓(yuan)(yuan)偏(pian)(pian)振光。如果(guo)光矢量(liang)的(de)(de)大小和方(fang)向都(dou)在有規律的(de)(de)變化，且光矢量(liang)的(de)(de)末端沿一個(ge)橢圓(yuan)(yuan)轉動，這樣(yang)的(de)(de)光稱為橢圓(yuan)(yuan)偏(pian)(pian)振光。

利用光(guang)(guang)(guang)波的(de)(de)偏(pian)振性質(zhi)，可以制成偏(pian)振調制光(guang)(guang)(guang)纖傳感(gan)器。在許(xu)多光(guang)(guang)(guang)纖系(xi)統中，尤(you)其是(shi)包含單模(mo)光(guang)(guang)(guang)纖的(de)(de)那些(xie)系(xi)統，偏(pian)振起(qi)著重要的(de)(de)作用。許(xu)多物理效應都(dou)會(hui)影響或改變光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)偏(pian)振狀態(tai)，有些(xie)效應可引起(qi)雙(shuang)折射(she)現象。所謂雙(shuang)折射(she)現象就是(shi)對于光(guang)(guang)(guang)學性質(zhi)隨(sui)方向而異(yi)的(de)(de)一些(xie)晶體，一束(shu)入(ru)射(she)光(guang)(guang)(guang)常分解(jie)為兩束(shu)折射(she)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)現象。光(guang)(guang)(guang)通過雙(shuang)折射(she)媒質(zhi)的(de)(de)相位延遲是(shi)輸入(ru)光(guang)(guang)(guang)偏(pian)振狀態(tai)的(de)(de)函數。

偏振態(tai)調(diao)制光(guang)纖傳(chuan)感(gan)器檢(jian)測靈敏度(du)(du)高，可避免光(guang)源(yuan)強度(du)(du)變化的(de)(de)(de)影響，而且(qie)相對(dui)相位(wei)調(diao)制光(guang)纖傳(chuan)感(gan)器結構(gou)簡單、且(qie)調(diao)整(zheng)方便。其主要應用領域為(wei)：利(li)(li)用法拉第(di)效(xiao)應的(de)(de)(de)電(dian)流(liu)、磁場傳(chuan)感(gan)器；利(li)(li)用泡爾效(xiao)應的(de)(de)(de)電(dian)場、電(dian)壓傳(chuan)感(gan)器；利(li)(li)用光(guang)彈效(xiao)應的(de)(de)(de)壓力、振動(dong)或聲傳(chuan)感(gan)器；利(li)(li)用雙折射性的(de)(de)(de)溫度(du)(du)、壓力、振動(dong)傳(chuan)感(gan)器。目前最主要的(de)(de)(de)還是用于(yu)監測強電(dian)流(liu)。

（5）波長調制型光纖傳感器

傳統(tong)的波長調制型光纖傳感器(qi)是利(li)用傳感探(tan)頭的光譜(pu)特性(xing)(xing)隨(sui)外界(jie)物理量變(bian)化(hua)的性(xing)(xing)質來實現的。

此類(lei)傳(chuan)(chuan)感器(qi)多為非功能(neng)型傳(chuan)(chuan)感器(qi)。在波長(chang)調(diao)制的(de)(de)光(guang)纖探頭中，光(guang)纖只是簡單的(de)(de)作(zuo)為導光(guang)用，即把入射光(guang)送往測量(liang)區，而將(jiang)返(fan)回的(de)(de)調(diao)制光(guang)送往分析(xi)器(qi)。光(guang)纖波長(chang)探測技(ji)術的(de)(de)關鍵是光(guang)源和(he)頻譜分析(xi)器(qi)的(de)(de)良好性(xing)能(neng)，這(zhe)對于傳(chuan)(chuan)感系(xi)統的(de)(de)穩定性(xing)和(he)分辨(bian)率起(qi)著決定性(xing)的(de)(de)影響。

光(guang)纖波長調制(zhi)技術主要應用于(yu)醫學、化學等(deng)領域。例如，對(dui)人體血氣(qi)的(de)分(fen)析、PH值檢測、指示劑溶液濃度的(de)化學分(fen)析、磷光(guang)和(he)熒光(guang)現(xian)象分(fen)析、黑(hei)體輻射(she)分(fen)析和(he)法布里一(yi)珀羅濾光(guang)器等(deng)。而目前所稱(cheng)的(de)波長調制(zhi)型光(guang)纖傳感器主要是指光(guang)纖布拉格光(guang)柵傳感器（FBG）。