光纤传感器

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光纤传感器

ϕ2 ϕ1
(b) 临界状态示意图
sin ϕ10=n2/n1
ϕ10=arcsin(n2/n1)
临界角
11
并继续增大时，当ϕ1 ＞ϕi0并继续增大时，ϕ2 ＞90º， n2 ，这时便发生全反射现象，如图(c) ， n1 这时便发生全反射现象，如图其出射光不再折射而全部反射回来。其出射光不再折射而全部反射回来。
5
光纤温度传感器 OTG-M170光纤温度传感器的直径是光纤温度传感器的直径是170um，它光纤温度传感器的直径是，是最小的光纤温度传感器，响应时间为10ms。是最小的光纤温度传感器，响应时间为。在医疗工业要求中，精度可达到± 在医疗工业要求中，精度可达到± 0.3°C，满量 ° ，程温度范围+20°C到80°C。程温度范围 ° 到 ° 。
B、心血管血压监控：微小和末端感应光纤传、心血管血压监控：
压力感器是制作心血管血液压力导尿管的理想传感器。感器。 C、头颅，隔膜的动态压力测量等、头颅，
6
2、电力行业、
光纤传感器是开关设备和其它高电压器件（光纤传感器是开关设备和其它高电压器件（如母的温度上升，高温循环测试的理想选择。线）的温度上升，高温循环测试的理想选择。光纤传感器耐高温，对电磁/射频，纤传感器耐高温，对电磁/射频，高电压和电子干扰完全免疫。扰完全免疫。
3
光纤传感器的应用
应用：压力、温度、加速度、应用：磁、声、压力、温度、加速度、陀
位移、液面、转矩、光声、螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。变等物理量的测量。
测量对象：电流磁场、电压电场、温度、测量对象：电流磁场、电压电场、温度、

光纤传感器

这种干涉仪是多光束干涉，与前几种双光束干涉仪不同。
光源
BS
M2
光纤
M1
调制
S0(t)
透射输出
反射输出
几种干涉仪的共同点：如果相干光均在空气中传播, 受环境温度变化的影响，会引起空气折射率的扰动以及声波干扰，导致空气光程的变化，造成工作不稳定，精度的降低。
利用单模光纤作干涉仪的光路，可以减小环境温度的影响。
其中
2
a

微弯光纤纤芯半径
n1 n2 相对折射率差 n1
2 2 n1 n2 2 2n1
对SIF, 对GIF,
g
g2
有: 有:
0
a
2a
0

例:水听器
2．光强度的外调制
外调制技术的调制环节通常在光纤外部，因而光纤
本身只起传光作用。这里光纤分为两部分：发送光纤和
例
被测物理量(温度)
I in
折射率改变
I out
1
强度改变
2 3
(a)
(b)
斜面反射式光纤温度传感器 1、2 光纤 3 棱镜
4 由光吸收系数的改变引起的强度调制
X射线等辐射线会使光纤材料的吸收损耗增加,光纤的输出功率降低.
辐射 Iin L Iout D
(二) 解调
S0(t)
1 直接检测
L
D2 S D1
可得: I 2 I 0 1 cos( m t )

频移 m 一般由声光调制器AOM(布喇格盒)获得.其实质是多谱勒效应
注:相位检测技术非常复杂,限于课时,不能展开讲解.有兴趣的同学可参看王惠文主编的«光纤传感技术与应用»一书.

光纤传感器

光纤传感器光纤传感器技术在现代科技领域中扮演着重要的角色。

本文将介绍光纤传感器的原理、应用领域以及未来发展趋势。

光纤传感器是一种利用光纤输送光信号并将其转换为传感信号的装置。

其工作原理基于光纤的光学特性，利用光的传输和反射来检测物理量的变化。

光纤传感器可以实现高灵敏度、高分辨率、快速响应和远程感知等特点，因此在许多领域得到广泛应用。

一种常见的光纤传感器类型是光纤光栅传感器。

光纤光栅传感器利用光栅的干涉效应来实现对物理量的测量。

光栅是将光纤纤芯中周期性的折射率变化引入的装置，在光的传播过程中形成干涉。

当光栅受到外界物理量的作用时，其折射率发生变化，从而引起干涉的变化，进而实现对物理量的检测。

光纤传感器的应用领域非常广泛，其中之一是环境监测领域。

光纤传感器可以用于测量温度、湿度、压力等环境参数，用于监测大气污染、水质污染、土壤质量等环境指标。

通过将光纤传感器网络部署在不同地点，可以实现对环境状况的实时连续监测，为环境保护提供重要数据支持。

另外，光纤传感器在基础设施安全领域也起着关键作用。

例如，光纤传感器可以应用于石油管道、天然气管道、电力输电线路等重要设施的监测和安全保护。

通过光纤传感器可以实现对温度、压力、振动等参数的监测，及时发现异常情况并采取措施，避免事故的发生。

光纤传感器还在医疗领域发挥着重要作用。

例如，在手术中，医生可以使用光纤传感器来监测患者的生命体征，如心率、血压等，并及时作出反应。

此外，光纤传感器还可以用于光学成像，如光纤内窥镜等，帮助医生进行精确的病灶检测和治疗。

未来，光纤传感器技术有望进一步发展。

一方面，随着光纤技术的不断革新，光纤传感器的性能将得到进一步提升。

例如，光纤传感器的灵敏度和分辨率将更高，响应速度将更快，从而满足更多领域对传感器的需求。

另一方面，光纤传感器的应用范围也将不断扩大，如在机器人技术、智能交通、航空航天等领域的应用都将成为可能。

这些发展将进一步推动光纤传感器技术的应用和创新。

什么是光纤传感器_光纤传感器分类

什么是光纤传感器_光纤传感器分类
光纤传感器简介光纤最早是应用于光的传输，适合长距离传递信息，是现代信息社会光纤通信的基石。

光波在光纤中传播的特征参量会因外界因素的作用而间接或直接地发生变化，由此光纤传感器就能分析探测这些物理量、化学量和生物量的变化。

光纤传感器由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光探测器以及解调制器组成。

其基本原理是将光源的光经入射光纤送入调制区，光在调制区内与外界被测参数相互作用，使入射光的某些光学性质（如强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化而成为被调制的信号光，再经出射光纤送入光探测器、解调器而获得被测参数。

光纤传感器的分类光纤传感器按结构类型可分两大类：一类是功能型（传感型）传感器；另一类是非功能性（传光型）传感器。

（1）功能型光纤传感器利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤（或特殊光纤）作为传感元件，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，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。

典型应用：光纤陀螺、光纤水听器等。

（2）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根据被调制的光波的性质参数不同，这两类光纤传。

光纤传感器

光纤传感器传感器在朝着灵敏、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：具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，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。

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、偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。

1.光纤的结构2.光纤的传光原理3.光纤传感器工作原理（1）功能型——利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成（2）传光型——光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受被测量的变化。

光纤传感器的测量原理有两种：（1）物性型光纤传感器原理，物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。

其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。

因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。

这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。

激光器的点光源光束扩散为平行波，经分光器分为两路，一为基准光路，另一为测量光路。

外界参数(温度、压力、振动等)引起光纤长度的变化和相位的光相位变化，从而产生不同数量的干涉条纹，对它的模向移动进行计数，就可测量温度或压等。

（2）结构型光纤传感器原理，结构型光纤传感器是由光检测元件(敏感元件)与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。

其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。

光纤传感器的基本原理

二、利用半导体的吸收特性进行强度调制
大多数半导体的禁带宽度Eg都随着温度T的升高而几乎线性地减小.它们的光吸收边的波长将随着T的升高而变化.
5.3 相位调制机理
• 利用光相位调制来实现一些物理量的测量可以获得极高的灵敏度.
• 相位调制光纤传感器的基本传感原理是：通过被测能量场的作用,使光纤内传播的光波相位发生变化,再用干涉测量技术把相位变化转换为光强变化,从而检测出待测的物理量.
不用透镜的两光纤直接耦合系统, 结构虽然简单, 但也能很好地工作.只是接收光纤端面只占发射光纤发出的光锥底面的一部分, 使光耦合系数减小,灵敏度也降低一个数量级
<r/dT>2.
利用两个周期结构的光栅遮光屏传感器．通过一对光栅遮光屏的透射率,从50％<当两个屏完全重叠时>变到零<当一个屏的不透明条完全覆盖住另一个屏的透明部分>.在此周期性结构范围内,光的输出强度是周期性的.而且它的分辨率在光珊条纹间距的10-6数量级以内.这是能够构成很灵敏、很简单、高可靠的位移传感器的基础.
二、温度应变效应
仅考虑径向折射率变化时,其相位随温度变化为
5.3.2 光纤干涉仪
光纤相位传感器要求有相应的干涉仪来完成相位检测过程.对于一个相位调制干涉型光纤传感器,敏感光纤和干涉仪缺一不可.敏感光纤完成相位调制任务,干涉仪完成相位—光强的转换任务.
• 在光波的干涉测量中,传播的光波可能是两束或多束相干光.
2
f
1
v c
cos
1
1
v c
cos
2
f
1
v c
cos(
1
2
)
5.4.1 光纤多普勒技术

光纤传感器图像传感器

安全监控
图像传感器在安全监控领域中发挥着重要作用，用于监控摄像头和安全门禁系统。
图像传感器的优缺点
优点
图像传感器能够提供高分辨率和高清晰度的图像，具有较大的感光面积和较宽的动态范围，同时具有较快的响应速度和较低的成本。
缺点
图像传感器对光照条件较为敏感，在低光照条件下性能会受到限制，同时像素之间的噪声和串扰也可能影响图像质量。此外，图像传感器的功耗相对较高，需要定期进行维护和校准。
市场规模
随着技术进步和应用领域的拓展，光纤传感器和图像传感器的市场规模将持续增长，预计未来几年将保持两位数的增长速度。
竞争格局
目前光纤传感器和图像传感器市场主要由几家大型企业主导，但随着技术的普及和市场需求的增长，将吸引更多企业进入该领域。
发展趋势
未来光纤传感器和图像传感器市场将呈现多元化、个性化的发展趋势，不同领域的需求将进一步细分，产品定制化程度将提高。
光纤传感器与图像传感器
目录
CONTENTS
• 光纤传感器概述 • 图像传感器概述 • 光纤传感器与图像传感器的比较 • 光纤传感器与图像传感器的未来发展
01 光纤传感器概述
CHAPTER
光纤传感器的定义与工作原理
定义
光纤传感器是一种利用光纤作为敏感元件的传感器，能够检测和测量物理量、智能制造等领域，图像传感器可用于机器视觉、质量检测等。
环保监测
航空航天
光纤传感器可用于环境监测、污染源检测等领域，图像传感器可用于水质分析、生态监测等。
光纤传感器可用于飞行器结构监测、发动机性能检测等领域，图像传感器可用于卫星遥感、空间探测等。
市场前景分析
交通领域
用于检测道路状况、车辆速度和流量等，提高交通管理效率。

光纤传感器的作用及应用

光纤传感器的作用及应用光纤传感器是一种利用光纤技术来感知和检测环境中的各种物理量的传感器。

它具有高灵敏度、快速响应、宽波长范围、不受电磁干扰等优点，因此在许多领域有很广泛的应用。

光纤传感器的作用是利用光纤的特性来实现对环境中物理量的实时监测和测试，例如温度、压力、形变、振动、流量、声音等。

使用光纤作为传感器的探头，当环境中的物理量发生变化时，会引起光纤的弯曲、拉伸、压缩等形变，从而改变光纤中的传输特性，通过对光信号的分析和处理，可以获得环境中物理量的相关信息。

光纤传感器的应用非常广泛。

下面主要介绍几个光纤传感器应用的领域。

1. 制造业：光纤传感器在制造业中广泛应用于质量控制和工艺监测。

例如在汽车制造中，可以利用光纤传感器实时监测零件的尺寸、压力、温度等信息，以确保产品质量和生产效率。

2. 医疗领域：光纤传感器在医疗领域中有着重要的应用。

例如可以利用光纤传感器监测病人的生命体征，如体温、血压、心率等，从而及时发现异常情况并采取相应的治疗措施。

3. 石油和天然气工业：在石油和天然气工业中，光纤传感器可以用于油井的监测和控制，例如实时监测油井的温度、压力、流量等参数，以优化油井的生产效率和延长井口的使用寿命。

4. 建筑工程：在建筑工程中，光纤传感器可以用来监测和预警结构的变形和振动，以确保建筑物的安全性。

例如可以利用光纤传感器实时监测桥梁、高楼大厦等建筑物的变形情况，并在出现异常时发出警报。

5. 环境监测：光纤传感器可以用于环境监测，例如大气污染监测、水质监测等。

通过利用光纤传感器对环境中的温度、湿度、气体浓度等参数进行实时监测，可以及时预警和控制环境污染。

除了以上几个领域，光纤传感器还应用于军事、航天、航空、能源等众多领域。

可以说，光纤传感器已经成为了21世纪的重要技术之一。

总结起来，光纤传感器通过利用光纤的特性实现对环境中物理量的实时监测和测试。

它在制造业、医疗领域、石油和天然气工业、建筑工程、环境监测等领域有着重要的应用，对保障安全、提高生产效率和保护环境起着重要作用。

光纤传感器

2.反射系数型
工作原理：利用光纤光强反射系数的改变来实现透射光强的调制。
5 吸收系数强度调制

利用光纤的吸收特性进行强度调制
光吸收系数强度调制原理图

利用半导体的吸收特性进行强度调制大多数半导体的禁带宽度都随着温度的升高而近似线性地减小。因此，它们的光吸收边的波长将随着T的升高而变化。如果选用辐射谱与相适应的发光二极管，那么通过半导体的光强将随着T的升高而下降，测量透过的光强，即可确定温度。
4 折射率强度调制
作用机理：许多物理量（如温度、压力、应变等）可以引起物质折射率的变化，从而实现光调制。调制方式：（1）利用光纤折射率的变化引起传输波损耗变化的光强调制；（2）利用折射率的变化引起光纤光强反射系数改变的透射光强调制。

1.光纤折射率变化型
一般光纤的纤芯和包层的折射率温度系数不同。在温度恒定时，包层折射率与纤芯折射率之间的差值是恒定的。当温度变化时， n2、 n1 之间的差发生变化，从而改变传输损耗。因此，以某一温度时接收到的光强为基准，根据传输功率的变化即可确定温度的变化。利用这一原理可以构成温度报警装置。
当外界力增大时，泄漏到包层的散射光增大，光纤纤芯的输出光强度减小；当外界力减小时，光纤纤芯的输出光强度增强。它们之间呈线性关系。
作用机理：
光纤由变形器引起微弯变形时，纤芯中的光有一部分溢出到包层。若采取适当的方式探测光强的变化，则可测量位移变化量，据此可以制作出温度、压力、振动、位移、应变等光纤传感器。微变光纤强度调制传感器的优点是灵敏度高、结构简单、响应速度快。

1、光纤传感器的特点
（1）抗电磁干扰，电绝缘和耐腐蚀；（2）灵敏度高；（3）重量轻、体积小，外形可变；（4）测量对象广泛；（5）对被测介质影响小；（6）容易实现对被测信号的远距离监控，便于复用，便于成网。

光纤传感器

光纤传感器
光纤传感器
1 光纤传感器基础
1.2
2 光调制与解调技术
4.4
3 光纤传感器实例
2
光纤传感器
第一节光纤传感器基础
➢ 光纤有很多的优点，用它制成的光纤传感器（FOS）与常规传感器相比也有很多特点：抗电磁干扰能力强、高灵敏度、耐腐蚀、可挠曲、体积小、结构简单、以及与光纤传输线路相容等。
光纤传感器
2.1 强度调制与解调
光纤传感器中光强度调制是被测对象引起载波光强度变化，从而实现对被测对象进行检测的方式。光强度变化可以直接用光电探测器进行检测。
解调过程主要考虑的是信噪比是否能满足测量精度的要求。
13
光纤传感器
几种常用的光强调制技术
1.微弯效应
微弯损耗强度调制器的原理如图。当垂直于光纤轴线的应力使光纤发生弯曲时，传输光有一部分会泄漏到包层中去。
光纤传感器一般可分为两大类：一类是功能型传感器(Function Fiber Optic Sensor)，又称 FF型光纤传感器；另一类是非功能传感器(NonFunction Fiber Optic Sensor)，又NF型光纤传感器。前者是利用光纤本身的特性，把光纤作为敏感元件，所以又称传感型光纤传感器；后者是利用其他敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为光的传输介质，用以传输来自远处或难以接近场所的光信号，因此，也称传光型光纤传感器。
10
光纤传感器
六.光纤传感器的发展趋势
光纤传感器具有很多的优点，是对以电为基础的传统传感器的革命性变革，发展前景是极其光明的。但是，目前光纤传感器的成本较高,在这方面仍面临着传统传感器的挑战，存在着与传统传感器和其它新型传感器的竞争问题。为此，有必要说明光纤传感器的可能发展趋势： ① 当前应以传统传感器无法解决的问题作为光纤传感器的主要研究对象。 ② 集成化光纤传感器。 ③ 多功能全光纤控制系统。 ④ 充分发挥光纤的低传输损耗特性，发展远距离监测系统。 ⑤ 开辟新领域。

光纤传感器

I
H
2R
26
由以上两式可得偏转角
Vd
lI
2R
绕在导线上的光纤长度为：l 2RN ，代入上式得
Vd N I
通过光纤的光偏振面偏转角与被测电流及光纤的匝数成正比，与光纤圈半径大小无关。
优点：可避免光源强度变化的影响，灵敏度高。
27
（c）频率调制光纤传感器
被测对象引起的光频率的变化来进行监测利用运动物体反射光和散射光的多普勒效
3）拾光型光纤传感器
用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。
22
(2) 根据光受被测对象的调制形式
(a) 强度调制型光纤传感器 (b) 偏振调制光纤传感器 (c) 频率调制光纤传感器 (d) 相位调制传感器
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斯乃尔定理
光是一种电磁波,一般采用波动理论来分析导光的基本原理。一、斯乃尔定理(Snell's Law) 斯乃尔定理:当光由光密物质(折射率大)出射至光疏物质(折射率小)时,发生折射。其折射角大于入射角,即：即n1＞n2时，θr ＞θi
n1、n2、θr、θi之间的数学关系为
n1sinθi=n2sinθr
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15
选择光源的准则
由于光纤传感器中光纤细而长，若使光波能在其中正常传播，并满足测量要求，则对光源的结构与性能有一定要求：
– (1)由于光纤传感器结构所限，要求光源的体积小，便于与光纤耦合；
– (2)光源要有足够的亮度，以提高传感器输出
的光功率；
– (3)光源发出的光波长应适合，以减少光波

《光纤传感器》课件

光纤传感器的应用：广泛应用于航空航天、医疗、工业等领域，如光纤陀螺仪、光纤温度传感器等
光的调制技术：通过改变光的强度、相位、频率等参数，实现对信息的编码和传输
光纤传感器的工作原理：利用光的调制技术，将待测物理量转换为光信号，通过光纤传输到接收端，进行检测和处理
光的调制技术在光纤传感器中的应用：通过光的调制技术，可以实现对温度、压力、流量等物理量的高精度测量
工作原理：利用光纤对温度敏感的特性进行测量
特点：精度高、响应速度快、抗干扰能力强
应用实例：温度监测、温度控制、温度补偿等
应用领域：广泛应用于工业、医疗、航空航天等领域工作原理：通过光纤的折射率变化来测量压力特点：高精度、高灵敏度、抗干扰能力强应用实例：在飞机发动机、汽车发动机、液压系统中的应用
应用领域：广泛应用于工业自动化、机器人、航空航天等领域
工作原理：利用光纤的弹性和光学特性，测量物体的位移变化
特点：精度高、响应速度快、抗干扰能力强
实例：在汽车制造、机械加工、电子设备等领域的应用
应用领域：广泛应用于石油、化工、食品、医药等行业
工作原理：利用光纤的折射率变化来测量液位
提高灵敏度：通过优化光纤结构和材料，提高传感器的灵敏度降低成本：通过优化生产工艺和材料选择，降低传感器的生产成本提高稳定性：通过优化传感器设计和材料选择，提高传感器的稳定性和可靠性提高兼容性：通过优化传感器设计和材料选择，提高传感器与其他设备的兼容性和互操作性
应用领域：工业、医疗、科研等领域
量测量
应用领域：化工、环保、食品、医药等行
业
工作原理：利用光纤对光的敏感性，检测液体或气体的
浓度

光纤传感器的原理和分类

光纤传感器的原理和分类（以下文章使用普通散文格式书写）光纤传感器的原理和分类光纤传感器是一种基于光学原理的传感器，通过利用光纤的传输特性，实现对物理量、化学量等的测量和检测。

光纤传感器具有高精度、高灵敏度、无电磁干扰等优点，在许多领域得到广泛应用。

本文将介绍光纤传感器的工作原理和主要分类。

一、光纤传感器的原理光纤传感器的原理基于光纤对光的传输和传感。

光信号通过光纤传输时，会因为受到温度、压力、形变等物理量的影响而产生改变。

光纤传感器通过监测光信号的强度、相位、频率或色散等参数的变化，来实现对被测物理量的测量。

光纤传感器的基本原理可以分为干涉型、散射型和吸收型三类。

1. 干涉型光纤传感器干涉型光纤传感器基于光的干涉原理。

光信号在光纤中传输时，会与外界环境发生干涉，从而改变光信号的性质。

典型的干涉型光纤传感器有光纤布里渊散射传感器和光纤干涉仪。

2. 散射型光纤传感器散射型光纤传感器利用光在传输过程中产生的散射现象进行测量。

散射型光纤传感器根据散射光的特性，可分为拉曼散射传感器、布里渊散射传感器和雷利散射传感器。

3. 吸收型光纤传感器吸收型光纤传感器通过测量光在光纤中的吸收情况来实现测量。

常见的吸收型光纤传感器有红外光纤传感器和光纤光谱传感器。

二、光纤传感器的分类根据不同的测量原理和应用场景，光纤传感器可以分为多种不同的分类。

1. 根据测量原理光纤传感器可以根据测量原理的不同进行分类。

常见的分类有干涉型光纤传感器、散射型光纤传感器和吸收型光纤传感器。

2. 根据测量物理量光纤传感器也可以根据测量的物理量进行分类。

根据不同的物理量，可以有温度传感器、压力传感器、形变传感器、气体传感器等。

3. 根据应用场景光纤传感器还可以根据应用场景进行分类。

例如在医疗领域中，可以有生物光纤传感器、荧光光纤传感器等。

三、光纤传感器的应用领域光纤传感器由于其优异的性能和广泛的测量范围，被广泛应用于各个领域。

在石油和天然气工业中，光纤传感器可以用于油井测温、裂缝检测等。

光纤传感器

fs fi1c vco1sco2s
P L
θ1 Θ2
v
O
4、相位调制传感器
被测对象导致光的相位变化，然后用干涉仪来检测这种相位变化而得到被测对象的信息。利用光弹效应的声、压力或振动传感器；利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器；利用电致伸缩的电场、电压传感器
利用Sagnac效应的旋转角速度传感器（光纤陀螺）优点：灵敏度很高，缺点：特殊光纤及高精度检测系统，成本高。
损耗 / ( d－B )1·k m
10 0 50
10
5
实验
红外
吸收
1
0.5
瑞利散射
紫外吸收 0.1
0.05
波导缺陷
0.01 0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
波长 / m
散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。结构缺陷散射产生的损耗与波长无关。
材料色散是材料的折射率随频率变化引起的色散，因此材料色散引起的脉冲展宽与光源谱宽成正比。对于多模渐变型光纤，如果采用激光器(LD)作光源，其谱宽一般为1-2nm，故可忽略材料色散。此时，脉冲展宽主要由模间色散决定。但是，当光源为发光二级管(LED)时，由于其谱宽大约为30—50nm，故增加了材料色散的影响。这时，材料色散和模问色散相比不可忽略。
光纤传感器
一、基础知识
光纤传感器
光纤传感器(FOS Fiber Optical Sensor)是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。它是光纤和光通信技术迅速发展的产物，它与以电为基础的传感器有本质区别。光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。因此，它同时具有光纤及光学测量的特点。

光纤传感器的原理和应用

光纤传感器的原理和应用光纤传感器是一种基于光纤技术的传感器，通过光纤的传输和延时特性来实现对物理量的测量和检测。

它具有高精度、快速响应、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。

本文将介绍光纤传感器的基本原理和常见的应用场景。

一、光纤传感器的基本原理光纤传感器是利用光纤波导结构的特性来实现物理量的测量和检测。

光纤波导是一种能够将光信号传送的导光器件，其核心部分是由折射率高于外部包层的光纤芯构成。

基于光的干涉、散射、吸收等特性，光纤传感器能够实现对温度、压力、位移、浓度等多种物理量的测量。

1. 光纤干涉型传感器光纤干涉型传感器是利用光的干涉效应来测量物理量的一种传感器。

光信号在光纤中传播时，受到温度、应变等物理量的影响，使得光的相位发生改变。

通过测量光的相位差，可以确定物理量的大小。

常见的光纤干涉型传感器有光纤布拉格光栅传感器、光纤干涉仪传感器等。

2. 光纤散射型传感器光纤散射型传感器是利用光在光纤中的散射效应来测量物理量的一种传感器。

光信号在光纤中传输时，会与光纤中的杂质或结构缺陷散射，通过测量散射光的特性来推断物理量的变化。

常见的光纤散射型传感器有光时域反射计传感器、拉曼散射光纤传感器等。

3. 光纤吸收型传感器光纤吸收型传感器是利用光在光纤中的吸收效应来测量物理量的一种传感器。

光信号在光纤中传输时，会被光纤材料吸收，通过测量吸收光的强度来判断物理量的变化。

常见的光纤吸收型传感器有红外光纤传感器、光纤化学传感器等。

二、光纤传感器的应用领域光纤传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于各个领域。

以下是几个典型的应用场景。

1. 工业自动化光纤传感器在工业自动化领域中，常用于测量温度、压力、液位等物理量，用于控制和监测生产过程。

例如，光纤温度传感器可以实时监测设备的温度变化，及时进行报警和控制；光纤压力传感器可以监测管道中的压力变化，用于流体控制和安全保护。

2. 医疗领域光纤传感器在医疗领域中，常用于生理参数的监测和诊断。

光纤传感器

光纤传感器光纤传感器概述光纤作为远距离传输光波信号的媒质，最初的研究是用于光通信技术中。

用于传感器技术始于1977年，至今光纤传感器已日趋成熟。

光纤传感器与传统的传感器相比具有许多优点：灵敏度高、电绝缘性能好、结构简单、体积小、重量轻、不受电磁干扰、光路可弯曲、便于实现遥测、耐腐蚀、耐高温等特点。

可广泛用于位移、速度、加速度、压力、温度、液位、流量、水声、电流、磁场、放射性射线等物理量测量，发展极为迅速，在制造业、军事、航天、航空、航海和其他科学技术研究中有着广泛的应用。

光纤传感器一般由光源、光纤、光电元件等组成。

根据光纤传感器的用途和光纤的类型，对光源一般要提出功率和调制的要求。

常用的光源有激光二极管和发光二极管。

激光二极管具有亮度高，易调制，尺寸小等优点。

而发光二极管具有结构简单和温度对发射功率影响小等优点。

除此之外，还有采用白炽灯等作光源。

1.结构光纤是用光透射率高的电介质(如石英、玻璃、塑料等)构成的光通路。

光纤的结构如图所示，它由折射率n1较大(光密介质)的纤芯，和折射率n2较小(光疏介质)的包层构成的双层同心圆柱结构。

2.分类按照光从纤芯到包层的折射率的变化规律，光纤可分为阶跃型、渐变型和单模型三种。

按照光的作用分类1）物性型（功能型）光纤传感器物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。

2）结构型（非功能型）光纤传感器结构型光纤传感器是由光检测元件与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。

其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。

3）拾光型光纤传感器用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。

其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。

根据光受被测对象的调制形式1）强度调制型光纤传感器是一种利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等参数的变化，而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。

有利用光纤的微弯损耗；各物质的吸收特性；振动膜或液晶的反射光强度的变化；物质因各种粒子射线或化学、机械的激励而发光的现象；以及物质的荧光辐射或光路的遮断等来构成压力、振动、温度、位移、气体等各种强度调制型光纤传感器。

光纤传感器专题知识

第12章光纤传感器
（1）光纤旳构造和传播原理 ①光纤构造：
基本采用石英玻璃，有不同掺杂，主要由三部分构成中心——纤芯；外层——包层；护套——尼龙料。 • 光导纤维旳导光能力取决于纤芯和包层旳性质， • 纤芯折射率N1略不小于包层折射率N2（N1＞
N2）。
第12章光纤传感器
（1）光纤旳构造和传播原理 ②光纤旳传光原理：
• 被测物体逐渐远离光纤时接受光纤照亮旳区域B2越来越大；
• 当整个接受光纤被照亮时，输出曲线到达光峰值；
• 被测体继续远离时部分光线被反射光信号减弱，曲线下降。
第12章光纤传感器反射式光纤位移传感器
第12章光纤传感器
反射式光纤位移传感器
讨论：
• 前坡区—— 输出信号旳强度增长紧，位移输出曲线有很好旳线性关系，可进行小位移测量；
传光型光纤传感器旳光纤只看成传播光旳媒介，待测对象旳调制功能是由其他光电转换元件实现旳，光纤旳状态是不连续旳，光纤只起传光作用。
第12章光纤传感器
光纤温度传感器
➢ 利用半导体材料旳能量隙随温度几乎成线性变化。敏感元件是一种半导体光吸收器，光纤用来传播信号。当光源旳光强度经光纤到达半导体薄片时，透过薄片旳光强受温度旳调制温度T升高，材料吸收光波长向长波移动，半导体薄片透过旳光强度变化。
第12章光纤传感器
马赫——泽德干涉仪 ➢ 分束器1把激光器旳输出光束提成两部分，经上、下光路旳传播后又重新合路，使其在光检测器处相互干涉。这种干涉仪敏捷度，可精确到10-13nm 。但实
现非常困难，限制在试验室工作。
第12章光纤传感器
光纤干涉传感器，几公里光路对光纤是轻易实现旳。 ➢ 在光源和检测器之间，干涉仪只含光纤元件，换