一、光纖傳感器是什么傳感器

光纖(xian)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)是(shi)一(yi)種使用(yong)光學纖(xian)維(wei)作為(wei)傳(chuan)感(gan)(gan)元件的(de)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)，這種傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)通過測量(liang)(liang)光信號在光纖(xian)中的(de)傳(chuan)播(bo)特性，來檢測和測量(liang)(liang)物理量(liang)(liang)的(de)變化。

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、高靈(ling)敏度、小型(xing)化(hua)設計和(he)適應(ying)多種環境的能力強等優點，廣泛應(ying)用于工(gong)業、醫療、結構健康監(jian)測、照明和(he)通(tong)信(xin)、油氣領(ling)域等場景。

二、光纖傳感器的分類有哪些

光纖傳(chuan)感器(qi)是一種(zhong)應(ying)用廣泛的傳(chuan)感器(qi)，它的種(zhong)類眾多，按照不(bu)同分類方法可分為(wei)不(bu)同類型：

1、按結構類型分

（1）功能型傳感器

?利用對(dui)外界(jie)信息(xi)具有敏感能力和檢測能力的光纖(xian)(或(huo)特殊光纖(xian))作為傳(chuan)感元件，對(dui)光纖(xian)內傳(chuan)輸的光進(jin)行調(diao)制，使傳(chuan)輸的光的強(qiang)度、相位、頻率或(huo)偏振態等特性發生變(bian)化(hua)，再(zai)通(tong)過(guo)被(bei)調(diao)制過(guo)的信號(hao)進(jin)行解調(diao)，從(cong)而得(de)出被(bei)測信號(hao)。

優(you)點：結構緊湊，靈敏度(du)高(gao)。缺點：須用特(te)殊光(guang)(guang)纖，成本高(gao)。典型例(li)子：光(guang)(guang)纖陀螺、光(guang)(guang)纖水聽器(qi)等。

（2）非功能型傳感器

是利用(yong)(yong)其(qi)它敏感(gan)元件(jian)感(gan)受被測量(liang)的變化(hua)，光(guang)纖僅作(zuo)為信(xin)息的傳(chuan)輸介質(zhi)，常采(cai)用(yong)(yong)單模光(guang)纖。光(guang)纖在其(qi)中僅起導光(guang)作(zuo)用(yong)(yong)，光(guang)照在光(guang)纖型敏感(gan)元件(jian)上被測量(liang)調制。

優點(dian)：無需特殊光纖及其他(ta)特殊技術，比較容(rong)易實現，成本低(di)(di)。缺點(dian)：靈敏(min)度(du)較低(di)(di)。實用(yong)化的(de)大都是非功能型的(de)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(ji)本(ben)原(yuan)理(li)是待(dai)測(ce)物理(li)量(liang)引起光(guang)纖中傳輸(shu)(shu)光(guang)光(guang)強(qiang)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)，通過檢測(ce)光(guang)強(qiang)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)實(shi)現(xian)對(dui)待(dai)測(ce)量(liang)的(de)(de)(de)(de)測(ce)量(liang)。一恒定光(guang)源發出(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)為的(de)(de)(de)(de)光(guang)注入傳感(gan)頭，在(zai)傳感(gan)頭內，光(guang)在(zai)被測(ce)信號的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用下其強(qiang)度(du)(du)發生(sheng)了變化(hua)，即受到了外場的(de)(de)(de)(de)調制(zhi)，使得輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)光(guang)強(qiang)的(de)(de)(de)(de)包絡線與被測(ce)信號的(de)(de)(de)(de)形狀一樣(yang)，光(guang)電探測(ce)器測(ce)出(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電流也作(zuo)同(tong)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)調制(zhi)，信號處理(li)電路再檢測(ce)出(chu)(chu)(chu)調制(zhi)信號，就得到了被測(ce)信號。

這類傳感器的(de)優點是(shi)結構(gou)簡單、成(cheng)本低、容易(yi)實現，因此開(kai)發應用(yong)的(de)比較早，現在(zai)已(yi)經成(cheng)功的(de)應用(yong)在(zai)位(wei)移、壓力、表(biao)面(mian)粗糙度(du)(du)、加速度(du)(du)、間隙、力、液位(wei)、振動、輻射(she)等的(de)測量。強(qiang)度(du)(du)調制(zhi)的(de)方(fang)式(shi)很(hen)多，大致(zhi)可分為反射(she)式(shi)強(qiang)度(du)(du)調制(zhi)、透射(she)式(shi)強(qiang)度(du)(du)調制(zhi)、光模(mo)式(shi)強(qiang)度(du)(du)調制(zhi)以及折射(she)率和吸收系(xi)數強(qiang)度(du)(du)調制(zhi)等等。

（2）相位調制型光纖傳感器

基本原(yuan)理是(shi)：在(zai)被測(ce)(ce)能量(liang)場(chang)的(de)(de)作用(yong)下(xia)，光(guang)纖內的(de)(de)光(guang)波(bo)的(de)(de)相位(wei)(wei)發生變(bian)化，再用(yong)干涉測(ce)(ce)量(liang)技術將(jiang)相位(wei)(wei)的(de)(de)變(bian)化轉換成(cheng)光(guang)強(qiang)的(de)(de)變(bian)化，從而檢測(ce)(ce)到待測(ce)(ce)的(de)(de)物理量(liang)。相位(wei)(wei)調制(zhi)型光(guang)纖傳感器的(de)(de)優點是(shi)具有(you)極高的(de)(de)靈(ling)敏度(du)，動態測(ce)(ce)量(liang)范圍(wei)大，同(tong)時響應(ying)速度(du)也(ye)快，其缺點是(shi)對光(guang)源(yuan)要(yao)求比較(jiao)高同(tong)時對檢測(ce)(ce)系(xi)統(tong)的(de)(de)精密度(du)要(yao)求也(ye)比較(jiao)高，因(yin)此成(cheng)本相應(ying)較(jiao)高。

目前主要的(de)應用(yong)領域為：利(li)(li)用(yong)光(guang)彈效(xiao)應的(de)聲、壓(ya)(ya)力(li)或振動傳(chuan)感器；利(li)(li)用(yong)磁(ci)致伸(shen)縮效(xiao)應的(de)電(dian)流、磁(ci)場傳(chuan)感器；利(li)(li)用(yong)電(dian)致伸(shen)縮的(de)電(dian)場、電(dian)壓(ya)(ya)傳(chuan)感器；利(li)(li)用(yong)賽格納克效(xiao)應的(de)旋(xuan)轉(zhuan)角速度(du)傳(chuan)感器（光(guang)纖陀螺）等。

（3）頻率調制型光纖傳感器

基本原(yuan)理是利用運動(dong)物體(ti)反(fan)射或散射光(guang)(guang)的(de)多(duo)普勒頻(pin)(pin)(pin)移效應來檢測其(qi)運動(dong)速度(du)(du)，即(ji)光(guang)(guang)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)與光(guang)(guang)接(jie)(jie)收器和(he)光(guang)(guang)源間(jian)運動(dong)狀態(tai)有(you)關。當(dang)它們(men)相對靜止時，接(jie)(jie)收到光(guang)(guang)的(de)振(zhen)蕩頻(pin)(pin)(pin)率(lv)；當(dang)它們(men)之(zhi)間(jian)有(you)相對運動(dong)時，接(jie)(jie)收到的(de)光(guang)(guang)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)與其(qi)振(zhen)蕩頻(pin)(pin)(pin)率(lv)發(fa)生(sheng)頻(pin)(pin)(pin)移，頻(pin)(pin)(pin)移大小與相對運動(dong)速度(du)(du)大小和(he)方向(xiang)有(you)關。

因此，這種傳感(gan)器(qi)多用(yong)(yong)于測量物(wu)體運動速度。頻率調制還有一些(xie)其他方法，如某些(xie)材料的(de)吸(xi)收和熒(ying)光(guang)(guang)現(xian)象(xiang)隨外(wai)界(jie)參量也(ye)發(fa)生頻率變化(hua)，以及量子相互作用(yong)(yong)產生的(de)布(bu)里淵和拉曼散射也(ye)是一種頻率調制現(xian)象(xiang)。其主要應用(yong)(yong)是測量流體流動，其它還有利用(yong)(yong)物(wu)質受強光(guang)(guang)照(zhao)射時的(de)拉曼散射構成的(de)測量氣(qi)(qi)體濃度或監(jian)測大氣(qi)(qi)污染的(de)氣(qi)(qi)體傳感(gan)器(qi)；利用(yong)(yong)光(guang)(guang)致發(fa)光(guang)(guang)的(de)溫度傳感(gan)器(qi)等。

（4）偏振態調制型光纖傳感器

基(ji)本原理是(shi)利(li)用光的(de)(de)偏振態的(de)(de)變(bian)化(hua)來傳遞被測對象信息。

光(guang)(guang)波(bo)是一種橫波(bo)，它的(de)(de)(de)光(guang)(guang)矢(shi)量(liang)是與傳播方向垂(chui)直的(de)(de)(de)。如果光(guang)(guang)波(bo)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)矢(shi)量(liang)方向始(shi)終(zhong)不(bu)變，只是它的(de)(de)(de)大小隨相位改變，這樣(yang)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)稱(cheng)為是線偏(pian)振光(guang)(guang)。光(guang)(guang)矢(shi)量(liang)與光(guang)(guang)的(de)(de)(de)傳播方向組成的(de)(de)(de)平面為線偏(pian)振光(guang)(guang)的(de)(de)(de)振動面。

如(ru)果光矢量(liang)(liang)的(de)大小(xiao)保持不變(bian)，而(er)它的(de)方向(xiang)繞傳播方向(xiang)均勻的(de)轉動，光矢量(liang)(liang)末端(duan)的(de)軌跡(ji)是一個(ge)圓，這樣的(de)光稱為圓偏(pian)振光。如(ru)果光矢量(liang)(liang)的(de)大小(xiao)和方向(xiang)都在有規(gui)律(lv)的(de)變(bian)化，且光矢量(liang)(liang)的(de)末端(duan)沿一個(ge)橢圓轉動，這樣的(de)光稱為橢圓偏(pian)振光。

利用光(guang)(guang)(guang)波的(de)偏振性(xing)質(zhi)，可(ke)以制成偏振調制光(guang)(guang)(guang)纖傳感器。在許(xu)多光(guang)(guang)(guang)纖系統中，尤其是(shi)包(bao)含(han)單模光(guang)(guang)(guang)纖的(de)那(nei)些(xie)系統，偏振起(qi)著重要(yao)的(de)作用。許(xu)多物理(li)效應都會(hui)影(ying)響或改變(bian)光(guang)(guang)(guang)的(de)偏振狀態，有些(xie)效應可(ke)引起(qi)雙(shuang)折(zhe)(zhe)射(she)現(xian)象(xiang)(xiang)。所謂雙(shuang)折(zhe)(zhe)射(she)現(xian)象(xiang)(xiang)就是(shi)對于(yu)光(guang)(guang)(guang)學性(xing)質(zhi)隨方向而異的(de)一些(xie)晶體，一束入射(she)光(guang)(guang)(guang)常分解為兩(liang)束折(zhe)(zhe)射(she)光(guang)(guang)(guang)的(de)現(xian)象(xiang)(xiang)。光(guang)(guang)(guang)通(tong)過雙(shuang)折(zhe)(zhe)射(she)媒質(zhi)的(de)相(xiang)位(wei)延遲是(shi)輸入光(guang)(guang)(guang)偏振狀態的(de)函數。

偏振態(tai)調制(zhi)光纖傳感器(qi)檢測(ce)靈(ling)敏度(du)高，可避(bi)免(mian)光源(yuan)強度(du)變化的(de)(de)影響(xiang)，而且相對相位調制(zhi)光纖傳感器(qi)結(jie)構簡(jian)單、且調整方便。其主要應(ying)(ying)用領域(yu)為(wei)：利用法拉第效應(ying)(ying)的(de)(de)電(dian)流、磁場(chang)傳感器(qi)；利用泡(pao)爾效應(ying)(ying)的(de)(de)電(dian)場(chang)、電(dian)壓(ya)傳感器(qi)；利用光彈效應(ying)(ying)的(de)(de)壓(ya)力、振動或聲傳感器(qi)；利用雙(shuang)折(zhe)射性的(de)(de)溫(wen)度(du)、壓(ya)力、振動傳感器(qi)。目前最主要的(de)(de)還(huan)是用于監測(ce)強電(dian)流。

（5）波長調制型光纖傳感器

傳統(tong)的波長調制(zhi)型光(guang)纖(xian)傳感器是利用傳感探頭(tou)的光(guang)譜(pu)特性隨外界物理(li)量變化的性質(zhi)來實現的。

此類(lei)傳(chuan)感器(qi)(qi)多為非(fei)功(gong)能型傳(chuan)感器(qi)(qi)。在波長調(diao)制的(de)(de)光(guang)纖(xian)探頭(tou)中，光(guang)纖(xian)只是簡單(dan)的(de)(de)作為導光(guang)用，即把入射(she)光(guang)送往測量區，而將(jiang)返回的(de)(de)調(diao)制光(guang)送往分析器(qi)(qi)。光(guang)纖(xian)波長探測技術的(de)(de)關(guan)鍵是光(guang)源和頻譜分析器(qi)(qi)的(de)(de)良好性(xing)能，這對于傳(chuan)感系統的(de)(de)穩定(ding)性(xing)和分辨(bian)率(lv)起著(zhu)決(jue)定(ding)性(xing)的(de)(de)影(ying)響(xiang)。

光(guang)(guang)纖(xian)(xian)波長調制技(ji)術(shu)主(zhu)要應用于醫學、化(hua)學等領域。例如(ru)，對人體血氣的(de)分(fen)(fen)析、PH值檢測、指示劑溶液濃度(du)的(de)化(hua)學分(fen)(fen)析、磷光(guang)(guang)和熒光(guang)(guang)現象(xiang)分(fen)(fen)析、黑體輻射分(fen)(fen)析和法布里一珀羅濾光(guang)(guang)器等。而目前所(suo)稱的(de)波長調制型光(guang)(guang)纖(xian)(xian)傳感器主(zhu)要是指光(guang)(guang)纖(xian)(xian)布拉格光(guang)(guang)柵傳感器（FBG）。