一、光纖傳感器是什么傳感器

光(guang)纖(xian)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)是一種使用(yong)光(guang)學纖(xian)維(wei)作(zuo)為(wei)傳(chuan)感(gan)(gan)元件的傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)，這種傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)通過測(ce)量光(guang)信號在光(guang)纖(xian)中的傳(chuan)播特性，來檢(jian)測(ce)和(he)測(ce)量物理量的變化。

和其他類型的傳感器相比，光纖傳感器具有抗(kang)電磁(ci)干擾、高(gao)靈敏度、小型化設計和適應多種環境的能力強等(deng)優(you)點，廣(guang)泛應用于工(gong)業、醫療、結構(gou)健(jian)康監(jian)測(ce)、照(zhao)明(ming)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)是(shi)一種應用廣泛(fan)的傳感器(qi)，它的種類眾多，按照不(bu)同分類方法可分為(wei)不(bu)同類型(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(gan)能力(li)和檢測能力(li)的(de)光(guang)(guang)纖(或(huo)特殊光(guang)(guang)纖)作(zuo)為傳(chuan)感(gan)元件，對光(guang)(guang)纖內傳(chuan)輸的(de)光(guang)(guang)進(jin)行調(diao)制，使傳(chuan)輸的(de)光(guang)(guang)的(de)強度、相(xiang)位(wei)、頻率或(huo)偏振態等特性(xing)發生變化，再通(tong)過被調(diao)制過的(de)信號(hao)進(jin)行解(jie)調(diao)，從(cong)而得出被測信號(hao)。

優點：結構緊湊，靈敏度(du)高(gao)(gao)。缺點：須(xu)用特殊光纖，成(cheng)本高(gao)(gao)。典型(xing)例子：光纖陀螺、光纖水聽器等。

（2）非功能型傳感器

是利用其(qi)它敏感元(yuan)(yuan)件感受被測量的變(bian)化，光纖(xian)(xian)僅作(zuo)(zuo)為信息的傳輸(shu)介質，常采用單模光纖(xian)(xian)。光纖(xian)(xian)在其(qi)中僅起(qi)導光作(zuo)(zuo)用，光照在光纖(xian)(xian)型敏感元(yuan)(yuan)件上(shang)被測量調制。

優點：無需特(te)殊光纖及其他特(te)殊技術，比較容易(yi)實現，成本低。缺點：靈(ling)敏度較低。實用化(hua)的(de)大(da)都(dou)是非功能型(xing)的(de)光纖傳(chuan)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(ben)原理是待(dai)測物理量引起(qi)光纖中傳輸光光強的(de)變(bian)化，通過(guo)檢測光強的(de)變(bian)化實現(xian)對待(dai)測量的(de)測量。一恒定光源(yuan)發(fa)出(chu)的(de)強度(du)為的(de)光注入傳感頭(tou)，在傳感頭(tou)內，光在被測信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)的(de)作用下其(qi)強度(du)發(fa)生了(le)(le)變(bian)化，即受(shou)到了(le)(le)外場的(de)調(diao)制，使得輸出(chu)光強的(de)包絡(luo)線與被測信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)的(de)形(xing)狀一樣，光電(dian)探(tan)測器測出(chu)的(de)輸出(chu)電(dian)流也(ye)作同樣的(de)調(diao)制，信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)處理電(dian)路(lu)再檢測出(chu)調(diao)制信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)，就得到了(le)(le)被測信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)。

這類傳感器的優(you)點(dian)是(shi)結(jie)構簡單(dan)、成(cheng)本低、容易實現，因此開(kai)發應用(yong)的比較早(zao)，現在(zai)已(yi)經成(cheng)功的應用(yong)在(zai)位(wei)移、壓力、表面(mian)粗糙度(du)、加(jia)速度(du)、間隙、力、液位(wei)、振動(dong)、輻射等的測量。強度(du)調(diao)制(zhi)(zhi)的方式(shi)很多(duo)，大(da)致可分(fen)為反射式(shi)強度(du)調(diao)制(zhi)(zhi)、透射式(shi)強度(du)調(diao)制(zhi)(zhi)、光模式(shi)強度(du)調(diao)制(zhi)(zhi)以及折射率和吸(xi)收系數強度(du)調(diao)制(zhi)(zhi)等等。

（2）相位調制型光纖傳感器

基本原理是：在被測能(neng)量(liang)場的(de)作用(yong)下，光(guang)(guang)纖(xian)(xian)內的(de)光(guang)(guang)波的(de)相(xiang)位發生變化，再用(yong)干涉測量(liang)技(ji)術(shu)將相(xiang)位的(de)變化轉換(huan)成光(guang)(guang)強的(de)變化，從而(er)檢(jian)測到待(dai)測的(de)物(wu)理量(liang)。相(xiang)位調制型光(guang)(guang)纖(xian)(xian)傳感器的(de)優點(dian)是具有極(ji)高(gao)的(de)靈敏度(du)，動態測量(liang)范(fan)圍(wei)大，同時(shi)響應速度(du)也(ye)快，其缺點(dian)是對光(guang)(guang)源要求(qiu)(qiu)比較(jiao)(jiao)高(gao)同時(shi)對檢(jian)測系統的(de)精密度(du)要求(qiu)(qiu)也(ye)比較(jiao)(jiao)高(gao)，因此成本相(xiang)應較(jiao)(jiao)高(gao)。

目前主要的(de)應用(yong)(yong)領(ling)域為：利(li)(li)用(yong)(yong)光彈效應的(de)聲、壓力或振動傳感(gan)器；利(li)(li)用(yong)(yong)磁致伸(shen)縮效應的(de)電(dian)流、磁場傳感(gan)器；利(li)(li)用(yong)(yong)電(dian)致伸(shen)縮的(de)電(dian)場、電(dian)壓傳感(gan)器；利(li)(li)用(yong)(yong)賽格(ge)納(na)克(ke)效應的(de)旋轉角(jiao)速度傳感(gan)器（光纖陀螺(luo)）等。

（3）頻率調制型光纖傳感器

基本原(yuan)理是利用運(yun)(yun)動(dong)物(wu)體(ti)反射或(huo)散射光(guang)的(de)多普勒頻(pin)(pin)(pin)移效(xiao)應(ying)來檢測(ce)其(qi)運(yun)(yun)動(dong)速度，即光(guang)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)與(yu)光(guang)接收器(qi)和光(guang)源間運(yun)(yun)動(dong)狀態(tai)有(you)關。當它們(men)相對(dui)靜止時，接收到(dao)光(guang)的(de)振(zhen)蕩頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)；當它們(men)之間有(you)相對(dui)運(yun)(yun)動(dong)時，接收到(dao)的(de)光(guang)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)與(yu)其(qi)振(zhen)蕩頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)發生頻(pin)(pin)(pin)移，頻(pin)(pin)(pin)移大(da)小(xiao)與(yu)相對(dui)運(yun)(yun)動(dong)速度大(da)小(xiao)和方向有(you)關。

因此，這種傳感器多用(yong)于測(ce)量(liang)物體運動速度。頻(pin)率(lv)調(diao)制還(huan)有(you)一(yi)些其(qi)他方法，如某些材(cai)料的(de)吸收(shou)和熒光現象隨(sui)外(wai)界參(can)量(liang)也(ye)(ye)發生(sheng)(sheng)頻(pin)率(lv)變(bian)化，以及量(liang)子相互作用(yong)產生(sheng)(sheng)的(de)布里淵和拉曼散射也(ye)(ye)是(shi)一(yi)種頻(pin)率(lv)調(diao)制現象。其(qi)主要應用(yong)是(shi)測(ce)量(liang)流體流動，其(qi)它還(huan)有(you)利(li)(li)用(yong)物質受強光照(zhao)射時的(de)拉曼散射構成(cheng)的(de)測(ce)量(liang)氣(qi)體濃度或監測(ce)大氣(qi)污染的(de)氣(qi)體傳感器；利(li)(li)用(yong)光致發光的(de)溫度傳感器等。

（4）偏振態調制型光纖傳感器

基本原理是利用光(guang)的(de)偏振態的(de)變化來(lai)傳遞被測對象信息。

光(guang)(guang)波是(shi)(shi)一種橫波，它(ta)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)矢量(liang)是(shi)(shi)與傳(chuan)播(bo)(bo)方(fang)(fang)(fang)向垂直的(de)(de)(de)。如果光(guang)(guang)波的(de)(de)(de)光(guang)(guang)矢量(liang)方(fang)(fang)(fang)向始終不(bu)變，只是(shi)(shi)它(ta)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(shi)(shi)線(xian)偏振光(guang)(guang)。光(guang)(guang)矢量(liang)與光(guang)(guang)的(de)(de)(de)傳(chuan)播(bo)(bo)方(fang)(fang)(fang)向組成的(de)(de)(de)平面(mian)為線(xian)偏振光(guang)(guang)的(de)(de)(de)振動面(mian)。

如果光(guang)矢(shi)量(liang)的大小(xiao)保持不變，而它的方(fang)向(xiang)繞(rao)傳播方(fang)向(xiang)均勻的轉動(dong)，光(guang)矢(shi)量(liang)末端的軌跡是一(yi)個(ge)圓，這樣(yang)的光(guang)稱為圓偏振光(guang)。如果光(guang)矢(shi)量(liang)的大小(xiao)和(he)方(fang)向(xiang)都在有規律的變化，且光(guang)矢(shi)量(liang)的末端沿一(yi)個(ge)橢(tuo)圓轉動(dong)，這樣(yang)的光(guang)稱為橢(tuo)圓偏振光(guang)。

利(li)用(yong)光(guang)(guang)(guang)波(bo)的(de)偏振性(xing)質，可(ke)以(yi)制成偏振調(diao)制光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)傳感器。在(zai)許多光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)系統中，尤其是(shi)(shi)包含單模光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)的(de)那(nei)些(xie)系統，偏振起(qi)著重要的(de)作用(yong)。許多物理效應都會影響或改(gai)變光(guang)(guang)(guang)的(de)偏振狀態，有些(xie)效應可(ke)引起(qi)雙(shuang)(shuang)折(zhe)射(she)現象(xiang)。所(suo)謂雙(shuang)(shuang)折(zhe)射(she)現象(xiang)就是(shi)(shi)對(dui)于光(guang)(guang)(guang)學性(xing)質隨方向而異的(de)一(yi)些(xie)晶(jing)體，一(yi)束(shu)入(ru)射(she)光(guang)(guang)(guang)常分解為兩束(shu)折(zhe)射(she)光(guang)(guang)(guang)的(de)現象(xiang)。光(guang)(guang)(guang)通過雙(shuang)(shuang)折(zhe)射(she)媒質的(de)相位延遲是(shi)(shi)輸入(ru)光(guang)(guang)(guang)偏振狀態的(de)函數。

偏振態調制光(guang)(guang)纖傳(chuan)感器(qi)檢測靈(ling)敏度(du)高，可避免光(guang)(guang)源(yuan)強度(du)變(bian)化的(de)(de)影響，而(er)且相(xiang)對相(xiang)位(wei)調制光(guang)(guang)纖傳(chuan)感器(qi)結構簡(jian)單、且調整方便。其(qi)主要應(ying)(ying)用(yong)領域為：利(li)用(yong)法拉第效應(ying)(ying)的(de)(de)電(dian)流、磁場(chang)傳(chuan)感器(qi)；利(li)用(yong)泡爾效應(ying)(ying)的(de)(de)電(dian)場(chang)、電(dian)壓傳(chuan)感器(qi)；利(li)用(yong)光(guang)(guang)彈效應(ying)(ying)的(de)(de)壓力、振動或聲傳(chuan)感器(qi)；利(li)用(yong)雙折射性的(de)(de)溫度(du)、壓力、振動傳(chuan)感器(qi)。目前最(zui)主要的(de)(de)還是用(yong)于監測強電(dian)流。

（5）波長調制型光纖傳感器

傳(chuan)(chuan)統的波(bo)長調制(zhi)型光(guang)纖傳(chuan)(chuan)感(gan)器是利用傳(chuan)(chuan)感(gan)探頭的光(guang)譜特(te)性(xing)隨外界物理量變化的性(xing)質來(lai)實現的。

此類(lei)傳感器多為非功能型傳感器。在波(bo)長調制的光纖(xian)探頭中(zhong)，光纖(xian)只是簡單(dan)的作為導(dao)光用，即把入射光送往測量區，而將返(fan)回的調制光送往分(fen)析器。光纖(xian)波(bo)長探測技術的關(guan)鍵是光源和頻譜分(fen)析器的良(liang)好性能，這(zhe)對于傳感系統的穩定(ding)性和分(fen)辨率起著決定(ding)性的影(ying)響。

光(guang)纖(xian)波長調制(zhi)技(ji)術(shu)主(zhu)要(yao)應用于醫學(xue)、化學(xue)等(deng)領域(yu)。例如(ru)，對(dui)人體(ti)血氣的分(fen)析(xi)、PH值檢測(ce)、指(zhi)(zhi)示劑溶液濃度的化學(xue)分(fen)析(xi)、磷光(guang)和熒光(guang)現象分(fen)析(xi)、黑(hei)體(ti)輻射分(fen)析(xi)和法布里(li)一珀羅濾(lv)光(guang)器等(deng)。而目前所稱的波長調制(zhi)型光(guang)纖(xian)傳感(gan)器主(zhu)要(yao)是指(zhi)(zhi)光(guang)纖(xian)布拉(la)格光(guang)柵傳感(gan)器（FBG）。