一、光纖傳感器是什么傳感器

光纖傳感器是一種使用光學(xué)纖維作為傳感元件的傳感器，這種傳感器通過測(cè)量光信號(hào)在光纖中的傳播特性，來檢測(cè)和測(cè)量物理量的變化。

和其他類型的傳感器相比，光纖傳感器具有抗電磁干擾、高靈敏度、小型化設(shè)計(jì)和適應(yīng)多種環(huán)境的能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、照明和通信、油氣領(lǐng)域等場(chǎng)景。

二、光纖傳感器的分類有哪些

光纖傳感器是一種應(yīng)用廣泛的傳感器，它的種類眾多，按照不同分類方法可分為不同類型：

1、按結(jié)構(gòu)類型分

（1）功能型傳感器

?利用對(duì)外界信息具有敏感能力和檢測(cè)能力的光纖(或特殊光纖)作為傳感元件，對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制，使傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化，再通過被調(diào)制過的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，從而得出被測(cè)信號(hào)。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高。缺點(diǎn)：須用特殊光纖，成本高。典型例子：光纖陀螺、光纖水聽器等。

（2）非功能型傳感器

是利用其它敏感元件感受被測(cè)量的變化，光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì)，常采用單模光纖。光纖在其中僅起導(dǎo)光作用，光照在光纖型敏感元件上被測(cè)量調(diào)制。

優(yōu)點(diǎn)：無需特殊光纖及其他特殊技術(shù)，比較容易實(shí)現(xiàn)，成本低。缺點(diǎn)：靈敏度較低。實(shí)用化的大都是非功能型的光纖傳感器。

2、按被調(diào)制的光波的性質(zhì)參數(shù)分

（1）強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器

基本原理是待測(cè)物理量引起光纖中傳輸光光強(qiáng)的變化，通過檢測(cè)光強(qiáng)的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)量的測(cè)量。一恒定光源發(fā)出的強(qiáng)度為的光注入傳感頭，在傳感頭內(nèi)，光在被測(cè)信號(hào)的作用下其強(qiáng)度發(fā)生了變化，即受到了外場(chǎng)的調(diào)制，使得輸出光強(qiáng)的包絡(luò)線與被測(cè)信號(hào)的形狀一樣，光電探測(cè)器測(cè)出的輸出電流也作同樣的調(diào)制，信號(hào)處理電路再檢測(cè)出調(diào)制信號(hào)，就得到了被測(cè)信號(hào)。

這類傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、容易實(shí)現(xiàn)，因此開發(fā)應(yīng)用的比較早，現(xiàn)在已經(jīng)成功的應(yīng)用在位移、壓力、表面粗糙度、加速度、間隙、力、液位、振動(dòng)、輻射等的測(cè)量。強(qiáng)度調(diào)制的方式很多，大致可分為反射式強(qiáng)度調(diào)制、透射式強(qiáng)度調(diào)制、光模式強(qiáng)度調(diào)制以及折射率和吸收系數(shù)強(qiáng)度調(diào)制等等。

（2）相位調(diào)制型光纖傳感器

基本原理是：在被測(cè)能量場(chǎng)的作用下，光纖內(nèi)的光波的相位發(fā)生變化，再用干涉測(cè)量技術(shù)將相位的變化轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)的變化，從而檢測(cè)到待測(cè)的物理量。相位調(diào)制型光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)是具有極高的靈敏度，動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大，同時(shí)響應(yīng)速度也快，其缺點(diǎn)是對(duì)光源要求比較高同時(shí)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的精密度要求也比較高，因此成本相應(yīng)較高。

目前主要的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋豪霉鈴椥?yīng)的聲、壓力或振動(dòng)傳感器；利用磁致伸縮效應(yīng)的電流、磁場(chǎng)傳感器；利用電致伸縮的電場(chǎng)、電壓傳感器；利用賽格納克效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角速度傳感器（光纖陀螺）等。

（3）頻率調(diào)制型光纖傳感器

基本原理是利用運(yùn)動(dòng)物體反射或散射光的多普勒頻移效應(yīng)來檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)速度，即光頻率與光接收器和光源間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)它們相對(duì)靜止時(shí)，接收到光的振蕩頻率；當(dāng)它們之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的光頻率與其振蕩頻率發(fā)生頻移，頻移大小與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度大小和方向有關(guān)。

因此，這種傳感器多用于測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)速度。頻率調(diào)制還有一些其他方法，如某些材料的吸收和熒光現(xiàn)象隨外界參量也發(fā)生頻率變化，以及量子相互作用產(chǎn)生的布里淵和拉曼散射也是一種頻率調(diào)制現(xiàn)象。其主要應(yīng)用是測(cè)量流體流動(dòng)，其它還有利用物質(zhì)受強(qiáng)光照射時(shí)的拉曼散射構(gòu)成的測(cè)量氣體濃度或監(jiān)測(cè)大氣污染的氣體傳感器；利用光致發(fā)光的溫度傳感器等。

（4）偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器

基本原理是利用光的偏振態(tài)的變化來傳遞被測(cè)對(duì)象信息。

光波是一種橫波，它的光矢量是與傳播方向垂直的。如果光波的光矢量方向始終不變，只是它的大小隨相位改變，這樣的光稱為是線偏振光。光矢量與光的傳播方向組成的平面為線偏振光的振動(dòng)面。

如果光矢量的大小保持不變，而它的方向繞傳播方向均勻的轉(zhuǎn)動(dòng)，光矢量末端的軌跡是一個(gè)圓，這樣的光稱為圓偏振光。如果光矢量的大小和方向都在有規(guī)律的變化，且光矢量的末端沿一個(gè)橢圓轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的光稱為橢圓偏振光。

利用光波的偏振性質(zhì)，可以制成偏振調(diào)制光纖傳感器。在許多光纖系統(tǒng)中，尤其是包含單模光纖的那些系統(tǒng)，偏振起著重要的作用。許多物理效應(yīng)都會(huì)影響或改變光的偏振狀態(tài)，有些效應(yīng)可引起雙折射現(xiàn)象。所謂雙折射現(xiàn)象就是對(duì)于光學(xué)性質(zhì)隨方向而異的一些晶體，一束入射光常分解為兩束折射光的現(xiàn)象。光通過雙折射媒質(zhì)的相位延遲是輸入光偏振狀態(tài)的函數(shù)。

偏振態(tài)調(diào)制光纖傳感器檢測(cè)靈敏度高，可避免光源強(qiáng)度變化的影響，而且相對(duì)相位調(diào)制光纖傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、且調(diào)整方便。其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋豪梅ɡ谛?yīng)的電流、磁場(chǎng)傳感器；利用泡爾效應(yīng)的電場(chǎng)、電壓傳感器；利用光彈效應(yīng)的壓力、振動(dòng)或聲傳感器；利用雙折射性的溫度、壓力、振動(dòng)傳感器。目前最主要的還是用于監(jiān)測(cè)強(qiáng)電流。

（5）波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器

傳統(tǒng)的波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器是利用傳感探頭的光譜特性隨外界物理量變化的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。

此類傳感器多為非功能型傳感器。在波長(zhǎng)調(diào)制的光纖探頭中，光纖只是簡(jiǎn)單的作為導(dǎo)光用，即把入射光送往測(cè)量區(qū)，而將返回的調(diào)制光送往分析器。光纖波長(zhǎng)探測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵是光源和頻譜分析器的良好性能，這對(duì)于傳感系統(tǒng)的穩(wěn)定性和分辨率起著決定性的影響。

光纖波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域。例如，對(duì)人體血?dú)獾姆治觥H值檢測(cè)、指示劑溶液濃度的化學(xué)分析、磷光和熒光現(xiàn)象分析、黑體輻射分析和法布里一珀羅濾光器等。而目前所稱的波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器主要是指光纖布拉格光柵傳感器（FBG）。