光纖傳感器的原理、分類、特點以及技術熱點和類型

　　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。它是將來自光源的光經過光纖送入調制器，使待測參數與進入調制區的光相互作用后，導致光的光學性質（如光的強度、波長、頻率、相位、偏正態等）發生變化，稱為被調制的信號光，在經過光纖送入光探測器，經解調后，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單元件還可以進行光電、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,而且是一種優良的低損耗傳輸線。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、頻率、相位和偏振態等發生變化，測量光參量的變化即感知外界信號的變化。這種感知實質上是外界信號對光纖中傳播的光波實施調制。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行檢測，將外界信號從光波中提取出來并按需要進行數據處理，也就是解調。

　　因此，光纖傳感技術包括調制與解調兩方面的技術,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(或加載技術)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(或檢測技術)。

　　光纖傳感器的基本原理

　　光纖傳感器是光導纖維的簡稱，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行傳播的導波結構。光纖傳感器的發現起源于探測光纖外部擾動的實踐，在實踐中，人們發現當光纖受到外界環境的變化時，會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，由此發展出光纖傳感技術。

　　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。顯然，在這類應用中，光纖傳輸的光信號受外界干擾越小越。但是，在實際的光傳輸過程中，光纖易受外界環境因素影響，如溫度、壓力、電磁場等外界條件的變化，將引起光纖光波參數如光強、相位、頻率、偏振、波長等的變化。因此，人們發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，于是產生了光纖傳感技術。光纖傳感技術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。由于光纖不僅可以作為光波的傳播媒質，而且由于光波在光纖中傳播時表征光波的特征參量(振幅、相位、偏振態、波長等)因外界因素(如溫度、壓力、應變、磁場、電場、位移、轉動等)的作用而直接或間接發生變化，從而也可將光纖用作傳感元件來探測各種物理量。

　　光纖傳感器的原理、分類、特點以及技術熱點和類型

　　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、振幅、相位、偏振態和模式分布等參量在光纖傳輸中都可能會受外界影響而發生改變，特別如溫度、壓力、加速度、電壓、電流、位移、振動、轉動、彎曲、應變以及化學量和生物化學量等對光路產生影響時，都會使這些參量發生相應變化。光纖傳感器就是根據這些參量隨外界因素的變化關系來檢測各相應物理量的大小。

　　光纖傳感器的特點

　　與傳統的傳感器不同，光纖優良的物理、化學、機械以及傳輸性能，使光纖傳感器具有體積小、質量輕、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，并可以構成傳感網絡。

　　先進的光纖傳感器的靈敏度比傳統的傳感器高幾個數量級，可以測量的物理量已達70多種。總結起來它具有一下幾個：

　　1、精度高，響應速度快，線性特征范圍寬，使用的重復性，檢測信號的信噪比高，由于現在光纖的量產化，價格低廉，可以廣泛使用。

　　2、光纖是由電介質材料石英制成，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，時間時間老化特性優良，工作壽命長。

　　4、體積小，重量輕，容易安裝，對被測對象環境適應能力強。

　　5、光纖是無源器件，自身獨立性，不會破壞被測量的狀態。

　　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、化學量、生物量等的光纖傳感器。

　　7、便于多點復用、傳輸損耗小，適合于組成測量網絡，實現多點實時智能化的遙測。