光纖傳感器的原理、分類(lèi)、特點(diǎn)以及技術(shù)熱點(diǎn)和類(lèi)型

　　光纖傳感器是利用光導纖維的傳光特性，把被測量轉換為光特性改變的傳感器。它是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調制器，使待測參數與進(jìn)入調制區的光相互作用后，導致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強度、波長(cháng)、頻率、相位、偏正態(tài)等）發(fā)生變化，稱(chēng)為被調制的信號光，在經(jīng)過(guò)光纖送入光探測器，經(jīng)解調后，獲得被測參數。

　　光纖傳感器不同,光纖傳感器將被測信號的狀態(tài)以光信號的形式取出。光信號不僅能被人所直接感知,利用半導體二極管如光電二極管等小型簡(jiǎn)單元件還可以進(jìn)行光電、電光轉換,極易與一些電子裝配相匹配,；另外光纖不僅是一種敏感元件,而且是一種優(yōu)良的低損耗傳輸線(xiàn)。因此,光纖傳感器還可用于傳統的傳感器所不適用的遠距離測量。

　　光纖傳感包含對外界信號(被測量)的感知和傳輸兩種功能。所謂感知，是指外界信號按照其變化規律使光纖中傳輸的光波的物理特征參量，如強度(功率)、波長(cháng)、頻率、相位和偏振態(tài)等發(fā)生變化，測量光參量的變化即感知外界信號的變化。這種感知實(shí)質(zhì)上是外界信號對光纖中傳播的光波實(shí)施調制。所謂傳輸,是指光纖將受外界信號調制的光波傳輸到光探測器進(jìn)行檢測，將外界信號從光波中提取出來(lái)并按需要進(jìn)行數據處理，也就是解調。

　　因此，光纖傳感技術(shù)包括調制與解調兩方面的技術(shù),即外界信號(被測量)如何調制光纖中的光波參量的調制技術(shù)(或加載技術(shù))及如何從已被調制的光波中提取外界信號(被測量)的解調技術(shù)(或檢測技術(shù))。

　　光纖傳感器的基本原理

　　光纖傳感器是光導纖維的簡(jiǎn)稱(chēng)，光纖的主要成份為二氧化硅，由折射較高的纖芯、折射率較低的包層及保護層組成。纖芯為直徑大約0.1 mm左右的細玻璃絲，把光封閉在其中并沿軸向進(jìn)行傳播的導波結構。光纖傳感器的發(fā)現起源于探測光纖外部擾動(dòng)的實(shí)踐，在實(shí)踐中，人們發(fā)現當光纖受到外界環(huán)境的變化時(shí)，會(huì )引起光纖內部傳輸光波參數的變化，而這些變化與外界因素成一定規律，由此發(fā)展出光纖傳感技術(shù)。

　　光纖對許多外界參數有一定的敏感效應。研究光纖傳感原理就是研究如何應用光纖的這些效應，研究光在調制區內與外界被測參數的相互作用，實(shí)現對外界被測參數的“傳"和“感"的功能，這是光纖傳感器的核心。

　　在光通信系統中，光纖被用作遠距離傳輸光波信號的媒質(zhì)。顯然，在這類(lèi)應用中，光纖傳輸的光信號受外界干擾越小越。但是，在實(shí)際的光傳輸過(guò)程中，光纖易受外界環(huán)境因素影響，如溫度、壓力、電磁場(chǎng)等外界條件的變化，將引起光纖光波參數如光強、相位、頻率、偏振、波長(cháng)等的變化。因此，人們發(fā)現如果能測出光波參數的變化，就可以知道導致光波參數變化的各種物理量的大小，于是產(chǎn)生了光纖傳感技術(shù)。光纖傳感技術(shù)是用光纖對某些物理量的敏感特性，將外界物理量轉換成可以直接測量的信號的技術(shù)。由于光纖不僅可以作為光波的傳播媒質(zhì)，而且由于光波在光纖中傳播時(shí)表征光波的特征參量(振幅、相位、偏振態(tài)、波長(cháng)等)因外界因素(如溫度、壓力、應變、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、位移、轉動(dòng)等)的作用而直接或間接發(fā)生變化，從而也可將光纖用作傳感元件來(lái)探測各種物理量。

　　光纖傳感器的原理、分類(lèi)、特點(diǎn)以及技術(shù)熱點(diǎn)和類(lèi)型

　　上圖是光纖傳感器的原理結構圖。光纖傳感器通常由光源、傳輸光纖、傳感元件或調制區、光檢測等部分組成。光強、波長(cháng)、振幅、相位、偏振態(tài)和模式分布等參量在光纖傳輸中都可能會(huì )受外界影響而發(fā)生改變，特別如溫度、壓力、加速度、電壓、電流、位移、振動(dòng)、轉動(dòng)、彎曲、應變以及化學(xué)量和生物化學(xué)量等對光路產(chǎn)生影響時(shí)，都會(huì )使這些參量發(fā)生相應變化。光纖傳感器就是根據這些參量隨外界因素的變化關(guān)系來(lái)檢測各相應物理量的大小。

　　光纖傳感器的特點(diǎn)

　　與傳統的傳感器不同，光纖優(yōu)良的物理、化學(xué)、機械以及傳輸性能，使光纖傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、抗電磁干擾、防腐蝕、靈敏度很高、測量帶寬很寬、檢測電子設備與傳感器可以間隔很遠等，并可以構成傳感網(wǎng)絡(luò )。

　　先進(jìn)的光纖傳感器的靈敏度比傳統的傳感器高幾個(gè)數量級，可以測量的物理量已達70多種?？偨Y起來(lái)它具有一下幾個(gè)：

　　1、精度高，響應速度快，線(xiàn)性特征范圍寬，使用的重復性，檢測信號的信噪比高，由于現在光纖的量產(chǎn)化，價(jià)格低廉，可以廣泛使用。

　　2、光纖是由電介質(zhì)材料石英制成，傳輸的是光信號，因此安全性、性，抗電磁干擾能力強，能適應在電力、石油、化工、冶金等易燃易爆或有毒的環(huán)境條件下工作。

　　3、抗腐蝕，抗污染能力強，可用于溫差較大的地方，時(shí)間時(shí)間老化特性?xún)?yōu)良，工作壽命長(cháng)。

　　4、體積小，重量輕，容易安裝，對被測對象環(huán)境適應能力強。

　　5、光纖是無(wú)源器件，自身獨立性，不會(huì )破壞被測量的狀態(tài)。

　　6、測量對象廣泛。目前已有性能不同的多種測量溫度、壓力、位移、速度、液面、核輻射等各種物理量、化學(xué)量、生物量等的光纖傳感器。

　　7、便于多點(diǎn)復用、傳輸損耗小，適合于組成測量網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現多點(diǎn)實(shí)時(shí)智能化的遙測。