光导纤维感测器 _生活百科

光导纤维感测器【光导纤维感测器】光导纤维感测器（简称光纤感测器）是20世纪七十年代迅速发展起来的一种新型感测器。光纤最早用于通讯，随着光纤技术的发展，光纤感测器得到进一步发展。
概述光纤感测器较传统的感测器相比有许多持点：灵敏度高；结构简单；体积小；耗电量少；耐腐蚀；绝缘性好；光路可弯曲；便于实现远调。光纤感测器技术是一门多学科性科学，它涉及知识面广泛，如纤维光学、光电技术、弹性力学、电磁学、电子技术和微型计算机套用等。套用

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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。此外，光纤感测器还可以套用在高电压、强电磁场干扰的场合。分类从感测器的机理上来说，光纤感测器可分为振幅型（强度型）和相位型（干涉型）两种。振幅型感测器原理：待测的物理扰动与光纤连线的光纤敏感元件相互作用，直接调製光强。优点：这类感测器的优点是结构简单、具有与光纤技术的相容性，信号检测也比较容易，但是灵敏度较低。相位型感测器原理：在一段单模光纤中传输的相干光，因待测物理场的作用，产生了相位调製。优点：理论上，相位型感测器的灵敏度要比现有的感测器高出几个数量级，并可通过改变光纤上的涂层来改变其感测的物理量。缺点：结构複杂，检测也需要複杂的手段。另外需要研製对某种物理量敏感的特种光纤。光纤感测器按工作原理光纤感测器分为功能型和非功能型两大类。功能型（或称物性型、感测型）光纤感测器光纤在这类感测器中不仅作为光传播的波导而且具有测量的功能。因为光纤既是电光材料又是磁光材料，所以可以利用克尔效应、法拉第效应等，製成测量强电流、高电压等感测器；其次可利用光纤的传输特性把输入量变为调製的光信号。因为表征光波特性的参量，如振幅（光强）、相位、和偏振态会随着光纤的环境（如应变、压力、温度、电场、射线等）而改变，故利用这些特性便可实现感测测量。1．光强度调製型光强度调製是光纤感测器最基本的调製形式。被测量通过影响光纤的全内反射实现对输出光强度的调製。从几何光学的角度讲，调製的条件是分别为纤芯和包层的折射率。调製的具体途径又可分为两大类：①改变光纤的几何形状，从而改变光线的传播入射角φ ；②改变光纤纤芯或者包层的折射率。可见，在纤芯中传输的光有一部分耦合到包层中，原来光束以大于临界角的角度在纤芯中传播为全内反射，但在弯曲处，光束以小于临界角 sin-1(n2/n1)的角度入射到界面，部分光逸出散射到包层。这种检测原理可以实现对力、位移和压强等物理量的测量。改变光纤折射率实现调製的方法也很常用，对于不同的测量对象可以採用不同的材料作包层，例如电光材料、磁光材料、光弹材料等，光纤中光强被油滴所调製的情况。有一种光纤温度感测器就是利用纤芯和包层折射率的温度係数不一致，实现对温度的测量。2．光相位调製型光纤相位调製是光纤比较容易实现的调製形式，所有能够影响光纤长度、折射率和内部应力的被测量都会引起相位变化，例如压力、应变、温度和磁场等。相位调製型光纤感测器比强度型複杂一些，一般採用干涉仪检测相位的变化。3．光偏振态调製型外界因素使光纤中偏振态发生变化，并能加以检测的光纤感测器属于偏振态调製型。比较典型的套用是根据磁旋效应做成的高压传输线用的光纤电流感测器。非功能型（或称结构型、传光型）光纤感测器光纤在非功能型光纤感测器中只作为传光的介质，还需加上其它敏感器件才能组成感测器。非功能型感测器的特点是结构比较简单，能够充分利用其它敏感器件和光纤本身的优点，因此发展很快。