一、光纖傳感器是什么傳感器

光纖傳(chuan)感器是一(yi)種(zhong)使用(yong)光學纖維(wei)作為傳(chuan)感元件的傳(chuan)感器，這(zhe)種(zhong)傳(chuan)感器通過測量光信號在光纖中的傳(chuan)播特(te)性，來檢測和測量物(wu)理量的變化。

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(min)度、小型化設(she)計(ji)和適應多種環(huan)境的能力強(qiang)等(deng)優點，廣泛(fan)應用(yong)于工業、醫療、結構健康監測、照明和通信、油氣領域等(deng)場景(jing)。

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(de)傳(chuan)感器(qi)，它的(de)種(zhong)類(lei)眾多，按照不(bu)同(tong)分(fen)類(lei)方法可分(fen)為不(bu)同(tong)類(lei)型：

1、按結構類型分

（1）功能型傳感器

?利用對外界(jie)信(xin)(xin)息具有敏(min)感能力(li)(li)和檢測能力(li)(li)的(de)光纖(xian)(xian)(或特殊光纖(xian)(xian))作為(wei)傳感元件，對光纖(xian)(xian)內傳輸的(de)光進(jin)行(xing)調(diao)制，使傳輸的(de)光的(de)強度、相位、頻率或偏振態等特性發生變化，再通過被調(diao)制過的(de)信(xin)(xin)號(hao)進(jin)行(xing)解調(diao)，從(cong)而(er)得出(chu)被測信(xin)(xin)號(hao)。

優點：結構緊湊，靈敏度高(gao)。缺(que)點：須用特殊(shu)光(guang)纖，成本高(gao)。典型例子：光(guang)纖陀螺、光(guang)纖水聽器等。

（2）非功能型傳感器

是利用(yong)其它敏感元(yuan)件(jian)感受被(bei)測量的變化，光(guang)纖僅(jin)(jin)作(zuo)為信息的傳輸介質，常采用(yong)單(dan)模光(guang)纖。光(guang)纖在其中(zhong)僅(jin)(jin)起導光(guang)作(zuo)用(yong)，光(guang)照在光(guang)纖型敏感元(yuan)件(jian)上被(bei)測量調制。

優點：無需(xu)特(te)殊(shu)光纖及其他特(te)殊(shu)技術，比(bi)較容易實現，成(cheng)本低。缺點：靈敏度較低。實用化的大都是(shi)非功能型的光纖傳感器。

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

基本原理是待測(ce)物理量(liang)引(yin)起光(guang)(guang)纖中傳(chuan)(chuan)輸(shu)光(guang)(guang)光(guang)(guang)強的(de)變化，通過(guo)檢測(ce)光(guang)(guang)強的(de)變化實現對待測(ce)量(liang)的(de)測(ce)量(liang)。一(yi)恒定光(guang)(guang)源發(fa)出的(de)強度為(wei)的(de)光(guang)(guang)注入傳(chuan)(chuan)感頭，在傳(chuan)(chuan)感頭內，光(guang)(guang)在被(bei)測(ce)信號(hao)(hao)的(de)作用下其強度發(fa)生了變化，即受到了外場(chang)的(de)調制，使得輸(shu)出光(guang)(guang)強的(de)包絡線(xian)與被(bei)測(ce)信號(hao)(hao)的(de)形狀一(yi)樣，光(guang)(guang)電(dian)探測(ce)器測(ce)出的(de)輸(shu)出電(dian)流(liu)也作同(tong)樣的(de)調制，信號(hao)(hao)處理電(dian)路再(zai)檢測(ce)出調制信號(hao)(hao)，就得到了被(bei)測(ce)信號(hao)(hao)。

這類(lei)傳(chuan)感器的(de)優點是(shi)結構簡(jian)單、成本低、容易實現，因此開發應用的(de)比較早(zao)，現在已經成功的(de)應用在位移、壓力、表面(mian)粗糙度(du)(du)(du)、加速度(du)(du)(du)、間隙(xi)、力、液位、振動(dong)、輻射等(deng)的(de)測量。強度(du)(du)(du)調(diao)(diao)制(zhi)的(de)方式很多，大致可(ke)分(fen)為反射式強度(du)(du)(du)調(diao)(diao)制(zhi)、透射式強度(du)(du)(du)調(diao)(diao)制(zhi)、光(guang)模式強度(du)(du)(du)調(diao)(diao)制(zhi)以(yi)及(ji)折射率和(he)吸(xi)收系(xi)數強度(du)(du)(du)調(diao)(diao)制(zhi)等(deng)等(deng)。

（2）相位調制型光纖傳感器

基本原理(li)是(shi)：在(zai)被測(ce)(ce)能(neng)量(liang)場的(de)(de)作(zuo)用下，光(guang)纖內的(de)(de)光(guang)波的(de)(de)相位(wei)發生變化，再(zai)用干(gan)涉測(ce)(ce)量(liang)技(ji)術將相位(wei)的(de)(de)變化轉換成光(guang)強的(de)(de)變化，從而檢測(ce)(ce)到待測(ce)(ce)的(de)(de)物理(li)量(liang)。相位(wei)調(diao)制型(xing)光(guang)纖傳感器(qi)的(de)(de)優點是(shi)具有極高(gao)的(de)(de)靈敏度(du)，動態測(ce)(ce)量(liang)范圍大，同時響應速度(du)也快，其(qi)缺點是(shi)對光(guang)源(yuan)要求(qiu)比(bi)較高(gao)同時對檢測(ce)(ce)系(xi)統的(de)(de)精密度(du)要求(qiu)也比(bi)較高(gao)，因此成本相應較高(gao)。

目前主要的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)領域為：利用(yong)(yong)光(guang)彈效應的(de)(de)(de)聲、壓力(li)或振(zhen)動傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)；利用(yong)(yong)磁致(zhi)伸縮(suo)效應的(de)(de)(de)電流、磁場傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)；利用(yong)(yong)電致(zhi)伸縮(suo)的(de)(de)(de)電場、電壓傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)；利用(yong)(yong)賽格(ge)納克效應的(de)(de)(de)旋(xuan)轉角速度傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)（光(guang)纖陀螺）等。

（3）頻率調制型光纖傳感器

基本原理是利用運(yun)(yun)動(dong)物體反射或散射光的(de)(de)多普勒頻移(yi)效應來檢測其運(yun)(yun)動(dong)速度(du)(du)，即光頻率(lv)與(yu)光接(jie)收(shou)器和光源(yuan)間(jian)運(yun)(yun)動(dong)狀態有關(guan)。當(dang)它(ta)們相(xiang)對(dui)(dui)靜止(zhi)時，接(jie)收(shou)到光的(de)(de)振蕩頻率(lv)；當(dang)它(ta)們之間(jian)有相(xiang)對(dui)(dui)運(yun)(yun)動(dong)時，接(jie)收(shou)到的(de)(de)光頻率(lv)與(yu)其振蕩頻率(lv)發生頻移(yi)，頻移(yi)大(da)小與(yu)相(xiang)對(dui)(dui)運(yun)(yun)動(dong)速度(du)(du)大(da)小和方向(xiang)有關(guan)。

因此，這種(zhong)傳感(gan)器(qi)多(duo)用于測(ce)量(liang)物體(ti)運動速度。頻率(lv)(lv)調制還(huan)有一(yi)些(xie)其他方法，如某些(xie)材料的(de)(de)吸收和(he)熒光(guang)現(xian)象隨(sui)外(wai)界參量(liang)也發生(sheng)頻率(lv)(lv)變化，以及量(liang)子相互作用產生(sheng)的(de)(de)布里(li)淵(yuan)和(he)拉(la)曼散(san)射也是(shi)一(yi)種(zhong)頻率(lv)(lv)調制現(xian)象。其主要(yao)應(ying)用是(shi)測(ce)量(liang)流體(ti)流動，其它還(huan)有利用物質受(shou)強光(guang)照射時的(de)(de)拉(la)曼散(san)射構(gou)成的(de)(de)測(ce)量(liang)氣(qi)體(ti)濃度或監測(ce)大氣(qi)污染的(de)(de)氣(qi)體(ti)傳感(gan)器(qi)；利用光(guang)致(zhi)發光(guang)的(de)(de)溫度傳感(gan)器(qi)等。

（4）偏振態調制型光纖傳感器

基本(ben)原理是(shi)利用光(guang)的(de)偏振態的(de)變化來(lai)傳遞被測對象(xiang)信息。

光(guang)(guang)(guang)波(bo)是一種橫波(bo)，它的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)矢量(liang)是與(yu)傳播方向垂直(zhi)的(de)(de)(de)。如(ru)果光(guang)(guang)(guang)波(bo)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)矢量(liang)方向始終不變，只是它的(de)(de)(de)大小隨(sui)相位改變，這樣的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)稱(cheng)為是線偏振(zhen)光(guang)(guang)(guang)。光(guang)(guang)(guang)矢量(liang)與(yu)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)傳播方向組成(cheng)的(de)(de)(de)平面為線偏振(zhen)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)面。

如果光(guang)矢量(liang)的(de)大(da)小(xiao)保持不變，而(er)它的(de)方向(xiang)繞傳播方向(xiang)均(jun)勻的(de)轉(zhuan)動(dong)(dong)，光(guang)矢量(liang)末端(duan)的(de)軌跡是(shi)一個(ge)圓(yuan)，這樣(yang)的(de)光(guang)稱為(wei)圓(yuan)偏(pian)(pian)振(zhen)光(guang)。如果光(guang)矢量(liang)的(de)大(da)小(xiao)和方向(xiang)都(dou)在有規律的(de)變化(hua)，且光(guang)矢量(liang)的(de)末端(duan)沿(yan)一個(ge)橢圓(yuan)轉(zhuan)動(dong)(dong)，這樣(yang)的(de)光(guang)稱為(wei)橢圓(yuan)偏(pian)(pian)振(zhen)光(guang)。

利用光(guang)(guang)(guang)(guang)波(bo)的(de)(de)(de)(de)偏(pian)(pian)振(zhen)性質(zhi)(zhi)(zhi)，可(ke)以制成偏(pian)(pian)振(zhen)調制光(guang)(guang)(guang)(guang)纖傳感器(qi)。在許多(duo)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖系(xi)統(tong)中(zhong)，尤(you)其是(shi)(shi)包含單模(mo)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖的(de)(de)(de)(de)那些(xie)系(xi)統(tong)，偏(pian)(pian)振(zhen)起(qi)著重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)作用。許多(duo)物理效(xiao)(xiao)應(ying)都(dou)會(hui)影響(xiang)或改變光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)偏(pian)(pian)振(zhen)狀(zhuang)態，有些(xie)效(xiao)(xiao)應(ying)可(ke)引起(qi)雙(shuang)折(zhe)射現象(xiang)。所(suo)謂雙(shuang)折(zhe)射現象(xiang)就是(shi)(shi)對于光(guang)(guang)(guang)(guang)學性質(zhi)(zhi)(zhi)隨(sui)方向而異(yi)的(de)(de)(de)(de)一些(xie)晶體，一束入射光(guang)(guang)(guang)(guang)常(chang)分解(jie)為兩束折(zhe)射光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)現象(xiang)。光(guang)(guang)(guang)(guang)通過雙(shuang)折(zhe)射媒質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)位(wei)延遲是(shi)(shi)輸入光(guang)(guang)(guang)(guang)偏(pian)(pian)振(zhen)狀(zhuang)態的(de)(de)(de)(de)函數(shu)。

偏振態調(diao)制(zhi)光(guang)纖(xian)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)檢測靈(ling)敏(min)度高，可避免(mian)光(guang)源強度變(bian)化(hua)的(de)(de)影響，而且(qie)相對相位調(diao)制(zhi)光(guang)纖(xian)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)結構簡單、且(qie)調(diao)整方便。其主(zhu)要應用領域為：利用法拉第效應的(de)(de)電流、磁(ci)場(chang)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)；利用泡爾效應的(de)(de)電場(chang)、電壓(ya)(ya)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)；利用光(guang)彈效應的(de)(de)壓(ya)(ya)力、振動或聲傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)；利用雙折射性的(de)(de)溫度、壓(ya)(ya)力、振動傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)。目前最主(zhu)要的(de)(de)還是用于(yu)監測強電流。

（5）波長調制型光纖傳感器

傳(chuan)統的波長(chang)調制型光(guang)纖(xian)傳(chuan)感(gan)(gan)器是利(li)用傳(chuan)感(gan)(gan)探(tan)頭的光(guang)譜(pu)特性隨外界物理量(liang)變(bian)化的性質來實(shi)現的。

此類傳(chuan)感器多為(wei)非功(gong)能型傳(chuan)感器。在波(bo)長調制的(de)光纖探(tan)頭中(zhong)，光纖只是簡單的(de)作為(wei)導光用，即把(ba)入(ru)射光送(song)(song)往測(ce)量區，而將(jiang)返回的(de)調制光送(song)(song)往分析(xi)器。光纖波(bo)長探(tan)測(ce)技術的(de)關鍵是光源和頻譜分析(xi)器的(de)良好性(xing)能，這對于(yu)傳(chuan)感系(xi)統(tong)的(de)穩定性(xing)和分辨率起著決定性(xing)的(de)影響。

光纖(xian)波長(chang)調制(zhi)技術主要應(ying)用于醫(yi)學、化學等領(ling)域(yu)。例如，對人體血氣的分(fen)析(xi)、PH值檢(jian)測(ce)、指示劑溶液濃度的化學分(fen)析(xi)、磷光和熒(ying)光現象分(fen)析(xi)、黑體輻射(she)分(fen)析(xi)和法(fa)布里一(yi)珀(po)羅(luo)濾光器(qi)(qi)等。而目前所稱(cheng)的波長(chang)調制(zhi)型(xing)光纖(xian)傳(chuan)感器(qi)(qi)主要是指光纖(xian)布拉(la)格光柵傳(chuan)感器(qi)(qi)（FBG）。