光纤传感器

中文名称：光纤传感器
英文名称：optical fiber transducer
科技名词
    定义1：利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性(强度、相位、偏振态、频率、波长)改变的传感器。 应用学科：航空科技（一级学科）；飞行控制、导航、显示、控制和记录系统（二级学科）
    定义2：利用光纤技术和光学原理，将感受的被测量转换成可用输出信号的传感器。 应用学科：机械工程（一级学科）；传感器（二级学科）；传感器一般名词（三级学科） 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
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    光纤传感器光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。

目录

概述
工作原理
优点
应用
分类一、功能型传感器
二、非功能型传感器
三 光纤布拉格光栅传感器
光纤传感器流量计原理概述
工作原理
优点
应用
分类 一、功能型传感器
二、非功能型传感器
三 光纤布拉格光栅传感器
光纤传感器流量计原理
展开编辑本段概述
　　近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
编辑本段工作原理
　　光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。[1]
编辑本段优点
　　一。灵敏度较高； 　　二。几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器； 　　三。可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件； 　　四。可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境； 　　五。而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。
编辑本段应用
　　光纤传感器应用：绝缘子污秽、磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。
编辑本段分类
　　根据光受被测对象的调制形式可以分为：强度调制型、偏振态制型、相位制型、频率制型； 　　根据光是否发生干涉可分为：干涉型和非干涉型； 　　根据是否能够随距离的增加连续地监测被测量可分为：分布式和点分式； 　　根据光纤在传感器中的作用可以分为：一类是功能型（Functional Fiber,缩写为FF)传感器，又称为传感型传感器； 另一类是非功能型（Non Functional Fiber缩写为NFF)，又称为传光型传感器。
一、功能型传感器
　　功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件, 被测量对光纤内传输的光进行调制, 使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化, 再通过对被调制过的信号进行解调, 从而得出被测信号。 　　光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制，多采用多模光纤。 　　优点：结构紧凑、灵敏度高。 　　缺点：须用特殊光纤，成本高， 　　典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等
二、非功能型传感器
　　非功能型传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化, 光纤仅作为信息的传输介质，常采用单模光纤。 　　光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。 　　优点：无需特殊光纤及其他特殊技术；比较容易实现，成本低。 　　缺点：灵敏度较低。 　　实用化的大都是非功能型的光纤传感器。 　　光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。目前光纤传感器已经有70多种，大致上分成光纤自身传感器和利用光纤的传感器。 　　所谓光纤自身的传感器，就是光纤自身直接接收外界的被测量。外接的被测量物理量能够引起测量臂的长度、折射率、直径的变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干涉（比较），使输出的光的相位(或振幅)发生变化，根据这个变化就可检测出被测量的变化。光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高，利用干涉技术能够检测出10的负4次方弧度的微小相位变化所对应的物理量。利用光纤的绕性和低损耗，能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈，以增加利用长度，获得更高的灵敏度。 　　光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传感器。当光纤受到一点很微小的外力作用时，就会产生微弯曲，而其传光能力发生很大的变化。声音是一种机械波，它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲，通过弯曲就能够得到声音的强弱。光纤陀螺也是光纤自身传感器的一种，与激光陀螺相比，光纤陀螺灵敏度高，体积小，成本低，可以用于飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统。如图就是光纤传感器涡轮流量计的原理。
三 光纤布拉格光栅传感器
  光纤布拉格光栅传感器的工作原理
[2]　　光纤布拉格光栅传感器（FBS）是一种使用频率最高，范围最广的光纤传感器，这种传感器能根据环境温度以及/或者应变的变化来改变其反射的光波的波长。光纤布拉格光栅是通过全息干涉法或者相位掩膜法来将一小段光敏感的光纤暴露在一个光强周期分布的光波下面。这样光纤的光折射率就会根据其被照射的光波强度而永久改变。这种方法造成的光折射率的周期性变化就叫做光纤布拉格光栅。 　　当一束广谱的光束被传播到光纤布拉格光栅的时候，光折射率被改变以后的每一小段光纤就只会反射一种特定波长的光波，这个波长称为布拉格波长，这种特性就使光纤布拉格光栅只反射一种特定波长的光波，而其它波长的光波都会被传播。
编辑本段光纤传感器流量计原理
　　光纤传感器的另外一个大类是利用光纤的传感器。其结构大致如下：传感器位于光纤端部，光纤只是光的传输线，将被测量的物理量变换成为光的振幅，相位或者振幅的变化。在这种传感器系统中，传统的传感器和光纤相结合。光纤的导入使得实现探针化的遥测提供了可能性。这种光纤传输的传感器适用范围广，使用简便，但是精度比第一类传感器稍低。 　　光纤在传感器家族中是后起之秀，它凭借着光纤的优异性能而得到广泛的应用，是在生产实践中值得注意的一种传感器。 　　光纤传感器凭借着其大量的优点已经成为传感器家族的后起之秀，并且在各种不同的测量中发挥着自己独到的作用，成为传感器家族中不可缺少的一员。