光纤传感原理与技术
光纤传感技术的研究与发展
光纤传感技术的研究与发展光纤传感技术是一种利用光纤作为传感元件实现信号传输、检测和控制的技术，具有高精度、高可靠性、抗干扰能力强等优点。
在能源、环境、医疗、工业等众多领域都具有广泛的应用前景，是当前发展迅速的一种前沿技术。
本文将从光纤传感技术的原理、技术路线、应用范围、发展趋势等方面展开探讨。
一、光纤传感技术的原理光纤传感技术基于光的传输及与物质相互作用的特性，利用光纤作为传导信号的载体，通过光纤中传播的光信号的相位、强度和频谱等特征与环境参数间的相互作用产生信息，进而进行感知、检测和控制。
其主要实现方式包括反射型、透射型、散射型、干涉型等多种形式。
例如，在环保领域中，光纤传感技术可以通过光强传感来检测空气中的有害气体浓度、光纤温度传感来实现温度监测、光纤应力传感实现对高强度机械装置的应力监控等。
在医疗领域，光纤传感技术也被广泛应用于医学检查和手术中，如利用光纤探头进行内镜检查、实时监测患者生命体征等。
二、光纤传感技术的技术路线光纤传感技术的核心是将光纤与物理量测量相结合，传感元件的选择、光源及检测装置的设计都是影响光纤传感技术性能的关键因素。
从技术路线上来看，光纤传感技术的发展大致可分为四个阶段。
第一阶段是发展光纤传输技术，即开发出适合于长距离、高速度、高容量光通信的光纤材料和光学传输器件。
第二阶段是发展光纤传感元件，即将光纤应用于传感器材料中，形成各种可靠、高精度的传感元件。
第三阶段为发展“智能”光纤传感技术，即将光纤传感技术与计算机技术、传感器网络技术、云计算技术、物联网技术等各类新兴技术相结合，建立统一的光纤传感监测系统。
第四阶段为发展“多元”光纤传感技术，包括多功能、多参数、多目标等多元化的光纤传感元件和监测系统。
三、光纤传感技术的应用范围光纤传感技术在众多领域具有广泛的应用前景。
具体来说，光纤传感技术主要应用领域包括：1.环保：通过光纤传感技术对环境中的灰霾、有害气体等进行精准监测。
光纤传感器的工作原理
光纤传感器的工作原理光纤传感器是一种利用光纤作为传感器的感应元件的传感器。
光纤传感器的工作原理是基于光的传输和光的特性，通过检测光的强度、光的相位或光的频率等参数的变化来实现测量和检测。
下面将详细介绍光纤传感器的工作原理。
1.光的传输光纤传感器是通过光纤将信号传输到目标位置进行测量和检测的。
光纤是一种将光信号传输的波导，其内部是由高折射率的纤芯和低折射率的包层组成。
光信号通过纤芯进行传输，并且受到光纤的折射规律的影响。
光纤传感器的传感元件一般位于光纤的入口或出口处，通过测量光的强度和光的特性来实现测量和检测。
2.测量原理光纤传感器的测量原理主要有光强度测量、光干涉测量和光散射测量等。
光强度测量是利用光传输时的衰减规律，通过检测光的强度来判断目标物理量的变化。
光干涉测量是利用光的干涉现象来测量目标物理量的变化，一般是通过光纤的长度或折射率的变化来实现测量。
光散射测量是利用光在传输过程中与介质的散射作用来测量目标物理量的变化，例如测量液体的浓度或测量气体的浓度等。
3.传感原理光纤传感器的传感原理主要有光纤布拉格光栅传感器、光纤共振传感器和光纤散射传感器等。
光纤布拉格光栅传感器是利用光栅的折射率周期性变化来测量目标物理量的变化，一般是通过测量光纤中被散射回来的光的特性来实现测量。
光纤共振传感器是利用光在光纤内部多次反射产生共振，通过测量共振波长的变化来实现测量。
光纤散射传感器是利用光在光纤中遇到杂散反射或杂散散射时产生的衰减、散射或反射来测量目标物理量的变化，一般是通过测量光的强度、光的频率或光的相位的变化来实现测量。
总体来说，光纤传感器的工作原理是通过光的传输和光的特性来实现测量和检测。
光纤传感器可以应用于各种领域，例如环境监测、医疗诊断、工业控制和航天航空等。
光纤传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗干扰性好等特点，已经成为现代传感器技术中不可或缺的一部分。
光纤传感原理及应用技术
光纤传感技术利用光的传输特性实现多种测量，其原理和应用技术已广泛应 用于温度、压力、应变和湿度等领域。
光纤传感的概述
光纤传感是一种基于光纤的测量技术，通过光信号的变化实现对环境参数的监测和测量。
1 高精度测量
光纤传感技术能够实现高 精度的参数测量，使得测 量结果更加准确可靠。
散射法
2
境参数的信息。
通过测量光纤中散射光的强度和方向，
获得环境参数的信息。
3
干涉法
通过测量光纤中光的干涉效应，获得环 境参数的信息。
应用技术
光纤传感技术已经广泛应用于各个领域，如温度传感、压力传感、应变传感和湿度传感等。
温度传感
光纤传感技术可通过 测量光纤的光学特性 变化实现温度的监测 与测量。
2 实时监测
光纤传感器能够实时采集 环境参数变化，提供及时 的监测和反馈。
3 远距离传输
由于光纤传输信号具有高 带宽和低衰减的特性，光 纤传感技术可以实现远距 离传输。
原理
光纤传感技术基于光信号的传播和反射原理，通过测量光信号的特征参数来获取环境参数的信息。
1
反射法
通过测量光纤中反射光的变化，获得环
压力传感
光纤传感器可通过测 量光纤受到的外界压 力引起的光信号变化， 实现压力参数的测量。
应变传感
光纤传感技术可通过 测量光纤的形变和拉 伸，实现对物体应变 的监测和测量。
湿度传感
光纤传感器可通过测 量光纤在潮湿环境下 吸湿引起的光学特性 变化，实现湿度参数 的测量。
Hale Waihona Puke
光纤传感原理
光纤传感原理光纤传感原理是利用光纤中光的传播特性来实现传感的原理。
光纤传感技术是一种基于光纤的传感器技术，利用光或光波的性质来实现对环境中物理量的检测和测量。
光纤传感器通常由光源、光纤传输介质和接收器三部分组成。
光纤传感器中的光源可以是激光器或波长可调谐的光源，通过调节光源的发射特性，可以实现对不同波长的光进行传输。
光纤传感器中的光纤传输介质通常是由高纯度玻璃或塑料制成的细长光纤。
光纤具有优异的光学性能，可以实现对光的传输、分配和耦合。
光纤的细小尺寸和柔性使得它可以方便地用于各种复杂的环境中。
光纤传感器中的接收器是用来接收从光纤中传输过来的光信号，并将其转化为电信号进行处理和分析。
接收器通常包括光电转换器和信号处理电路。
光电转换器主要是将光信号转化为电信号的装置，常见的光电转换器有光电二极管和光电倍增管等。
信号处理电路用于对接收到的电信号进行放大、滤波和解码等操作，从而实现对光信号的准确检测和测量。
光纤传感器的工作原理可以通过不同的机制来实现。
常见的光纤传感器工作原理包括光耦合效应、光纤衍射效应、光纤干涉效应、光纤散射效应等。
其中，光耦合效应是利用光在光纤中的传输特性和与外界物体的光发射与接收来实现测量。
光纤衍射效应是通过测量光纤中的衍射现象来实现对环境参数的测量。
光纤干涉效应是利用光在光纤中的干涉现象来实现对物理量的测量。
光纤散射效应是通过测量光在光纤中的散射现象来实现对环境的检测。
总之，光纤传感原理是利用光在光纤中的传播和与外界环境的相互作用来实现对环境参数的测量和检测。
光纤传感技术在工业、军事、医疗等领域具有广泛的应用前景，可以实现对温度、压力、应变、湿度等物理量的高精度测量和监测。
光纤传感原理与技术
光纤传感原理与技术光纤传感原理与技术是一种基于光学原理和技术的传感方法，通过在光纤中引入特殊设计的传感元件，实现对环境参数的实时监测与测量。
光纤传感技术具有灵敏度高、抗干扰能力强、安全可靠等优势，在环境监测、生物医学、航空航天等领域有着广泛的应用。
光纤传感技术的基本原理是利用光纤的特殊传输特性，将光信号转换为传感的参数。
光纤可以实现信号的光电转换，将光脉冲信号转换为电信号进行处理。
光纤传感技术主要包括两种类型：光纤本身的性质变化和光纤外部环境的影响。
前者是指通过改变光纤的长度、形状和物理性质等方式，来实现对传感参数的测量。
后者是指通过光纤与物质之间的相互作用，来实现对物质参数的检测。
光纤传感技术的工作原理可以通过反射、散射和干涉等方式来实现。
具体包括：1.反射型光纤传感技术：通过在光纤端面加上半反射膜或全反射膜，实现对反射信号的测量。
当光信号遇到传感元件时，一部分信号被反射回来，通过测量反射光的强度或相位变化，可以得到传感参数。
2.散射型光纤传感技术：通过在光纤中引入散射剂，如掺杂杂质或弯曲光纤等，实现对散射信号的测量。
当光信号与散射剂相互作用时，散射信号的强度和相位会发生变化，通过测量散射信号的变化，可以获取传感参数。
3.干涉型光纤传感技术：通过将光信号分成两路，一路经过传感元件，另一路不经过传感元件，再将两路信号进行干涉，实现对干涉信号的测量。
当传感元件发生变化时，导致两路信号的相位差发生变化，通过测量干涉信号的变化，可以获取传感参数。
光纤传感技术具有许多优势。
首先，光纤传感技术不受电磁干扰的影响，能够在强电磁场和高温环境下正常工作。
其次，光纤传感技术具有较高的灵敏度和分辨率，能够实现对微小参数的测量。
再者，光纤传感技术结构简单，能够实现远距离传输，并且可靠性高，不易受外界影响。
光纤传感技术在各个领域都有广泛的应用。
在环境监测领域，光纤传感技术可以实现对温度、压力、湿度、气体浓度等参数的实时监测与测量，广泛应用于大气环境监测、水质检测等。
光纤传感原理及应用技术课件
8 A 0c
1
2
光纤耦合器
光纤陀螺是近20年来发展起来的一门新技术，除了在航空航天技术中用于导 航、制导、定位外，也可用于石油钻井中跟踪钻头位置、机器人控制、汽车 以及在其他测量角度的系统中应用。与传统的机电陀螺相比，光纤陀螺具有 启动快、体积小、成本低等优光纤点传，感原因理此及应它用更技具术课有件竞争力。
B-两束光波在相遇点的光程差不能太大。
光纤传感原理及应用技术课件
光纤传感原理 与应用技术
2.2 四种常见的光纤干涉仪 （1）迈克尔逊(Michelson)光纤干涉仪
LD 分光镜
固定反射镜
可移动 反射镜
光探测器
LD 光探测器
固定反射镜 3dB
可动端S(t)
2k0L
光纤干涉仪与普通的光学干涉仪相比，优点在于： （1）容易准直； （2）可以通过增加光纤长度来增加光程，以提高干涉仪的灵敏度； （3）封闭式的光路，不受外界干扰； （4）测量的动态范围大。
Fiber
Fiber
图3 光纤传感器传感探头具体的结构形式 Fig.3 Diagram of the fiber-optic temperature sensor probe
图416 光吸收系数强度调制辐射量传感器
射线辐射会使光纤材料的吸收损耗 增加，使光纤的输出功率降低，从 而构成强度调制辐射量传感器光。纤传感原理及应用技术课件
光纤传感原理 与应用技术
2.2 四种常见的光纤干涉仪 （4）法布里珀罗（FabryPerot）光纤干涉仪
(c)
光纤传感原理及应用技术课件
光纤传感原理 与应用技术
3、偏振调制型光纤传感器技术
光纤传感器基本原理1
实现纵向、径向应变最简便的方法是采用一个空心的 压电陶瓷圆柱筒(PZT)，在这个圆柱筒上缠绕一圈或多圈 光纤，并在其径向或轴向施加驱动信号，由于PZT筒的直 径随驱动信号变化，故缠绕在其上的光纤也随之伸缩。光 纤承受到应力，光波相位随之变化。
(2)温度应变效应
若光纤放置在变化的温度场中，并把温度场变化等效 为作用力F时，那么作用力F将同时影响光纤折射率、和 长度L的变化。由F引起光纤中光波相位延迟为
(3)反射系数型
光波在入射界面上的光强分配由菲涅尔公式描述，界面强度 反射系数由菲涅尔反射公式给出
由反射系数的菲涅尔公式知道， 当光波以大于临界面(θc=sin-1n)的θ角 入射到n1、n3介质的界面上时，若n3 介质由于压力或温度的变化引起n3的 微小改变，相应会引起反射系数的变 化，从而导致反射光强的改变，利用 这一原理可以设计出压力或温度传感 器。
二、强度调制机理
强度调制光纤传感器的基本原理是待测物理量引起 光纤中的传输光光强变化。通过检测光强的变化实现对 待测量的测量，其原理如下图所示。
Pi Pi
P0 P0
强度调制方式很多，大致可分为以下几种:反射式强度 调制、透射式强度调制、光模式强度调制以及折射率和吸 收系数强度调制等等。一般透射式、反射式和折射率强度 调制称为外调制式，光模式称为内调制式。
(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n2与纤芯折射率n1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可 确定温度的变化。
(2)渐逝波耦合型
通常，渐逝波在光疏媒质中深入距离有几个波长时．能量就 可以忽略不计了。如果采用一种办法使渐逝场能以较大的振幅穿 过光疏媒质，并伸展到附近的折射率高的光密媒质材料中，能量 就能穿过间隙，这一过程称为受抑全反射。
光纤传感技术的原理与应用前景
光纤传感技术的原理与应用前景光纤传感技术是一种基于光学原理的传感技术，通过光纤中光的传输和变化来实现对环境参数的检测和测量。
它具有高灵敏度、抗干扰性强等特点，因此在多个领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍光纤传感技术的原理，并探讨其在不同领域中的应用前景。
一、光纤传感技术的原理光纤传感技术基于光学原理，利用光在光纤中的传输和变化来实现对环境参数的检测和测量。
其原理主要包括两个方面：光的传输原理和光的变化原理。
1. 光的传输原理光纤传感技术的关键在于光的传输。
光纤是一种由玻璃或塑料等材料制成的细长柔性管状结构，内部呈光滑的反射面。
当光线进入光纤时，会在内壁上以全反射的方式进行传输，保持高度集中和远距离传输。
2. 光的变化原理光纤传感技术通过检测光在光纤中的传输和变化情况，来实现对环境参数的测量。
当光纤暴露在环境参数作用下，会导致光的某些特性（如光强、相位、波长等）发生变化。
通过测量这些变化，可以得到环境参数的信息。
二、光纤传感技术的应用前景光纤传感技术具有高灵敏度、抗干扰性强、体积小、响应速度快等优点，在多个领域具有广泛的应用前景。
1. 工业领域应用光纤传感技术在工业领域中可以应用于温度、压力、形变等参数的检测和测量。
例如，可以利用光纤传感技术实现对高温炉内温度的实时监测，以及对管道中压力变化的监测和预警。
2. 医疗领域应用光纤传感技术在医疗领域具有广阔的应用前景。
例如，可以通过光纤传感技术实现对生理参数（如心率、血氧饱和度等）的监测，从而实现对患者的远程监护和医疗服务。
3. 环境监测应用光纤传感技术在环境监测领域中可以用于大气污染、水质监测等方面。
通过将光纤传感技术应用于这些领域，可以实现对环境污染物的实时监测和预警，从而保护环境和人民身体健康。
4. 结构健康监测应用光纤传感技术在结构健康监测领域中具有重要的应用意义。
例如，可以利用光纤传感技术实现对桥梁、楼房等结构的实时监测，从而判断其健康状态并采取相应的维护措施。
光纤传感技术原理与应用研究
光纤传感技术原理与应用研究近年来，光纤传感技术在各个领域得到了广泛的应用。
本文将深入探讨光纤传感技术的原理以及其在实际应用中的研究成果。
一、光纤传感技术原理光纤传感技术是一种基于光信号传输的测量和控制方法。
其原理是通过光的传播和传输特性来感知环境的参数变化，并将信号传递到检测仪器进行处理分析。
光纤传感技术的核心是光纤的特性，包括引导光信号传输的光纤芯和包覆在芯外部的光纤壳。
光纤传感技术有多种工作原理，其中最常见的是基于光纤的干涉原理。
当光信号在光纤中传输时，会与介质的参数变化相互作用，改变其传播特性，这种变化可通过测量光的相位或强度来分析。
例如，当光纤传感器暴露在温度变化的环境中时，光纤的长度会发生微小变化，从而导致光的相位或强度发生变化。
通过测量这些变化，我们可以准确地测量环境的温度。
二、光纤传感技术的应用研究1. 温度传感应用光纤传感技术在温度测量领域具有广泛的应用。
通过利用光纤的热敏特性，可以实现高精度、远距离的温度测量。
比如，在火电厂中，通过将光纤传感器布置在管道上，可以实时监测管道的温度分布，及时预警可能出现的故障。
2. 压力传感应用利用光纤的压力敏感特性，可以实现对压力变化的测量。
在石油钻井、航空航天等领域，光纤传感器被广泛应用于高压条件下的压力监测。
相比传统的电子压力传感器，光纤传感器具有更高的可靠性和耐用性。
3. 气体传感应用通过将光纤传感器与特定的气体传感材料相结合，可以实现对气体成分的监测。
例如，在环境监测中，光纤传感器可以用于监测空气中的有害气体浓度，如二氧化碳、一氧化碳等。
由于光纤传感器具有高灵敏度和快速响应的特性，可以实现对极低浓度气体的准确测量。
4. 应变传感应用由于光纤传感器具有极高的灵敏度和对应变的良好适应性，因此在结构安全监测领域得到了广泛应用。
通过布置在工程结构中的光纤传感器，可以实时监测结构的应变变化，从而提前发现潜在的结构故障隐患。
5. 生物医学应用光纤传感技术在生物医学领域也有着重要的应用。
光纤传感技术(全)
设备故障诊断
通过光纤传感器对设备运行过程中 的振动、温度、压力等参数进行实 时监测，实现故障预警和远程诊断 。
环境监测
在工业生产环境中，光纤传感器可 用于监测气体、液体、固体等环境 参数的变化，确保生产安全。
能源环保领域应用
油气管道监测
光纤传感器可用于油气管道的泄漏监测和定位，提高管道运输的安 全性和环保性。
02
光纤传感器类型及性能参数
点式光纤传感器
工作原理
利用光纤传输光信号，通过测量光信号在光纤中 传输时的变化来感知和测量被测物理量。
主要类型
包括反射式、透射式和干涉式等。
应用领域
广泛应用于温度、压力、位移、振动等物理量的 测量。
分布式光纤传感器
工作原理
利用光纤中传输的光信号 受到被测物理量的调制， 通过检测光信号的变化实 现分布式测量。
电力系统监测
在电力系统中，光纤传感器可用于监测电缆、变压器等设备的温度 、应变和振动等参数，确保电力系统的稳定运行。
新能源应用
光纤传感器可用于风能、太阳能等新能源设备的监测和控制，提高能 源利用效率和环保性。
生物医学领域应用
1 2 3
医疗诊断
光纤传感器可用于医疗诊断和治疗过程中，如内 窥镜、激光手术等，实现对人体内部生理参数的 实时监测。
发展历程
自20世纪70年代光纤传感技术诞生以来，经历了从实验室研究到商业化应用的逐步成熟过程。随着光 纤制造、光电子器件和信号处理技术的不断进步，光纤传感技术的性能不断提高，应用领域也不断扩 展。
光纤传感技术原理及特点
01 原理
02 高灵敏度
03 抗电磁干扰
04
05
耐腐蚀、耐高温 分布式测量
光纤传感器的原理
光纤传感器的原理光纤传感器是一种基于光纤技术的传感器，能够将光信号转换为电信号，用于测量、监测和控制各种物理量。
它具有高精度、高灵敏度、抗干扰性强等优点，被广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗诊断等领域。
本文将介绍光纤传感器的工作原理及其应用。
一、光纤传感器的基本原理光纤传感器的基本原理是利用光的传播特性和传感物理量之间的相互作用来实现信号的转换。
光纤传感器由光源、光纤、光电探测器和信号处理电路等组成。
1. 光源：光源是产生光信号的装置，通常采用激光二极管或发光二极管。
通过控制光源的电流或电压，可以调节光源的亮度和光强。
2. 光纤：光纤是传输光信号的介质，通常由玻璃或塑料制成。
光纤具有高折射率和低损耗的特点，能够保持光信号的传播质量。
3. 光电探测器：光电探测器将光信号转换为电信号，常用的光电探测器包括光电二极管、光电倍增管和光电二极管阵列等。
光电探测器的选择取决于光信号的波长和强度。
4. 信号处理电路：信号处理电路用于放大、滤波和解调光电探测器输出的电信号。
根据不同的应用需求，信号处理电路可以包括模拟电路或数字电路。
二、不同类型的光纤传感器光纤传感器根据测量的物理量和工作原理的不同，可以分为多种类型。
下面将介绍几种常见的光纤传感器。
1. 光纤光栅传感器：光纤光栅传感器利用光栅结构对光信号进行调制和解调，实现对应变物理量的测量。
光纤光栅传感器可以测量温度、压力、应变、位移等参数。
2. 光纤陀螺仪：光纤陀螺仪是一种利用光纤的旋转效应实现角速度测量的设备。
它广泛应用于惯性导航系统、航天器姿态控制等领域。
3. 光纤压力传感器：光纤压力传感器利用光纤的弯曲效应来测量压力变化。
光纤压力传感器具有高灵敏度、快速响应、广泛测量范围等特点。
4. 光纤温度传感器：光纤温度传感器通过测量光纤的热导率或光纤中热致发光的变化来实现温度测量。
光纤温度传感器具有高分辨率、抗干扰性强等优点。
三、光纤传感器的应用领域光纤传感器具有广泛的应用领域，以下列举其中几个典型的应用。
光纤传感技术在工程监测中的应用
光纤传感技术在工程监测中的应用概述：工程监测是确保建筑物和基础设施的结构安全和正常运行的重要手段。
光纤传感技术作为一种独特而强大的监测工具，在工程监测领域得到了广泛应用。
本文将探讨光纤传感技术在工程监测中的应用，并讨论其优势、应用案例以及未来发展趋势。
一、光纤传感技术的原理光纤传感技术利用了光纤作为传感器来测量和监测物理量，如应力、应变、温度和振动等。
其基本原理是利用光纤中的光散射现象，通过测量散射光的强度和时间延迟来推断传感区域的物理参数。
光纤传感技术具有灵敏度高、分辨率高、可靠性好等优点，因此在工程监测中有广泛应用的潜力。
二、光纤传感技术在结构安全监测中的应用1. 应力和应变监测：光纤传感技术可以通过测量光纤中的形变来监测结构体的应力和应变情况。
这对于工程结构的安全性评估和结构设计的优化非常重要。
例如，可以利用光纤传感技术监测桥梁的应力和变形，以确保桥梁的稳定性和安全性。
2. 温度监测：光纤传感技术可以利用光纤的热敏效应来监测结构物的温度变化。
温度是影响工程结构性能的重要因素之一。
通过实时监测温度变化，可以及时发现异常情况，采取相应的措施来保护工程结构。
三、光纤传感技术在土木工程监测中的应用1. 岩土体监测：光纤传感技术可以应用于岩土体监测，用于测量土体的应力和变形情况。
例如，可以在地下隧道中嵌入光纤传感器，用于监测隧道的变形、应力和渗透等情况。
这可以帮助工程师及时发现潜在的问题，采取相应的修复和加固措施。
2. 水利工程监测：光纤传感技术可以应用于水利工程监测中，用于测量水体流速和水位等参数。
通过在水利工程的关键部位安装光纤传感器，可以实时监测水流情况，预测水灾情况，并及时采取措施来保护周边的建筑物和人员安全。
四、现有光纤传感技术的优势和挑战1. 优势：光纤传感技术具有高灵敏度、高分辨率和实时监测等优势。
与传统传感器相比，光纤传感器安装简便，可潜入较小的空间，且能够长时间稳定工作。
此外，光纤传感技术可以实现分布式监测，将传感器信号传输到不同位置的监测中心，提高监测的覆盖范围和灵敏度。
光纤传感技术的发展和应用
光纤传感技术的发展和应用光纤传感技术是一种基于光纤传输信号进行传感的技术，它利用光纤的传输特性和与光传播相关的物理量的变化来实现对物理量的测量与控制。
光纤传感技术的发展可以追溯到上世纪70年代初，而在近年来，随着科学技术的不断发展和应用需求的日益增长，光纤传感技术得到了广泛的应用和研究。
本文将从光纤传感技术的基本原理出发，探讨光纤传感技术的发展和应用。
一、光纤传感技术的基本原理光纤传感技术的基本原理是光信号在光纤传输过程中的衰减和传输特性的变化。
在光纤传输中，光信号会经过多次反射和折射，从而引起光信号的衰减和损失。
同时，气体、液体和固体等不同介质的物理量变化也会影响光的传播速度和传输特性，从而实现对物理量的测量与控制。
光纤传感技术包括了很多具体的传感技术，例如光纤光栅传感、光纤拉曼传感、光纤布里渊传感等，这些传感技术利用了光的物理量参数，例如光的强度、相位、波长、振幅等，通过对这些参数的变化进行测量和控制，可以实现对不同物理量的监测和控制。
二、光纤传感技术的发展历程光纤传感技术的发展可以追溯到上世纪70年代初期，当时，由于计算机技术和通信技术的突飞猛进，使得对光纤传输技术的研究和应用进入了一个快速发展的阶段。
在此期间，对光纤传感技术的研究也得到了广泛的关注和投入。
最初的光纤传感技术主要应用于光纤通信系统中，例如光纤放大器、用于检测光纤损伤的光纤探测器、光纤陀螺仪等。
随着应用领域和需求的不断拓展，光纤传感技术逐渐从通信领域扩展到了其他领域，例如石油、化工、航空航天、医疗等领域。
在这些领域中，实现对不同物理量的高精度监测和控制，如温度、压力、流量、拉伸、形变、化学成分等，成为了光纤传感技术的主要发展方向。
三、光纤传感技术的应用在工业制造、医疗诊断、环境监测和安全等领域，光纤传感技术表示出了强大的应用潜力。
在工业制造领域，光纤传感技术可以实现对不同物理量的监测和控制，例如工业过程中的温度变化、经验的压力范围、流量的变化、化学成分等，可以有效地优化生产和质量控制，提高生产效率和质量。
光纤传感的技术原理
光纤传感的技术原理光纤传感技术是一种利用光纤的特性进行测量和探测的技术。
光纤传感技术通过光纤中光的传输和光与物理量之间的相互作用来实现对物理量的测量与探测。
光纤传感技术具有高灵敏度、高分辨率、远距离信号传输等优点，在多个领域得到了广泛应用。
光纤传感技术的基本原理是利用光在光纤中传输时的特性进行测量。
光纤由一个或多个石英或塑料等材料组成，光线在光纤中的传输是通过光的全反射来实现的。
当光线从一种材料传到另一种材料时，光的传播方向发生变化，这就是折射现象。
光纤传感技术利用光在折射过程中发生的变化来实现对物理量的测量。
光纤传感技术主要有两种类型：干涉型光纤传感技术和散射型光纤传感技术。
干涉型光纤传感技术是利用光的干涉原理进行测量的。
当光线在光纤中传播时，如果光线受到外界的干扰，比如压力、温度等物理量的变化，就会影响到光的传播速度或光的波长，从而引起光的干涉现象。
通过测量光的干涉现象，就可以确定物理量的变化。
光纤干涉型传感技术可分为干涉衰减型和干涉位移型，分别用于测量光功率的变化和位移的变化。
散射型光纤传感技术是利用光在光纤中的散射现象进行测量的。
当光线在光纤中传播时，会与光纤的材料或其他杂质发生散射，产生散射光。
散射光的强度和方向受到外界物理量的影响，例如温度、应力、压力等。
通过测量散射光的强度和方向的变化，就可以确定物理量的变化。
散射型光纤传感技术可分为弹性散射、拉曼散射、布拉格散射等多种类型。
在光纤传感技术中，还可以利用光纤特殊结构的改变来实现物理量的测量。
例如，光纤传感中常用的光纤光栅结构，在光纤中形成周期性折射率的变化，通过测量光的干涉或散射现象，可以确定光纤光栅结构的改变大小，从而得到物理量的信息。
除了光纤本身的特性，光纤传感技术还涉及到激光器、光学器件、光电探测器等多种器件的配合和应用。
激光器提供高亮度和稳定的光源，光学器件用于控制和测量光的传输过程，光电探测器用于接收和转换光信号。
这些器件的选择和应用对光纤传感技术的性能和精度有着重要的影响。
光纤传感原理与应用技术
光纤传感原理与应用技术光纤传感原理与应用技术是利用光纤作为传感元件，基于光学原理对外部环境进行感知和测量的一种技术。
通过对光纤中光信号的变化进行分析，可以实现对温度、压力、应变、湿度等参数的监测和测量，广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗健康等领域。
光纤传感的原理基于光的传输特性和光与外部环境的相互作用。
光信号在光纤中传输时会受到温度、压力、应变等因素的影响而发生变化，这些变化会导致光纤中的光信号发生衰减、折射率变化或光路长度变化等现象。
利用光纤中的这些变化，可以通过测量光信号的强度、相位或时间延迟等参数来获得外部环境的信息。
光纤传感技术的应用非常广泛。
在温度传感方面，通过在光纤中引入热响应材料或光纤布拉格光栅，可以实现高灵敏度和高分辨率的温度测量。
在压力传感方面，利用光纤内部的弯曲或微扰动等效应来测量外部压力的变化，并转化为光信号的变化。
在应变传感方面，由于光纤的应变敏感性较高，可以实现对材料结构的微小应变进行检测。
此外，光纤传感技术还可以用于湿度传感、振动传感、气体传感等应用领域。
与传统的电气传感技术相比，光纤传感技术具有许多优势。
首先，光纤传感技术具有高灵敏度和快速响应的特点，对微小的环境变化能够做出快速的响应。
其次，光纤传感技术可以实现长距离的测量，因为光信号在光纤中的传输损耗较小。
此外，光纤传感技术还具有防电磁干扰、抗腐蚀、耐高温等特点，适用于复杂的工业环境。
总之，光纤传感原理与应用技术是一种基于光学原理的传感技术，通过对光纤中光信号的变化进行分析，可以实现对外部环境的监测和测量。
该技术具有高灵敏度、长距离传输等优势，在工业自动化、环境监测、医疗健康等领域有着广阔的应用前景。
光纤传感技术及其应用研究
光纤传感技术及其应用研究近年来，光纤传感技术逐渐受到人们的关注，主要原因在于它具有高灵敏度、高精度、高可靠性、抗电磁干扰等优点。
随着技术的不断发展，光纤传感技术已经在各个领域得到了广泛的应用，包括环境监测、工业控制、医疗卫生等。
本文将对光纤传感技术及其应用进行探讨。
一、光纤传感技术原理光纤传感技术是利用光纤的特殊光学性质来实现传感的一种技术。
光纤传感技术的基本原理是利用光纤中的光束，在光纤中传输的时候受到所要测量的物理量的影响而发生改变，通过对光学信号进行分析，确定被测量物理量的变化。
光纤传感技术的主要优点在于它的高灵敏度和可靠性。
当光纤中的光束受到物理量的影响，输出的光学信号会发生相应的变化。
这种变化可以通过光谱分析、干涉分析等方法进行测量，精度达到了很高的级别，常常在微米以下。
与传统传感器相比，光纤传感技术的灵敏度更高，可以测量非常微小的信号。
二、光纤传感技术在环境监测中的应用由于光纤传感技术具有高灵敏度和可靠性的优点，因此它在环境监测领域有着广泛应用。
例如，利用光纤传感技术可以实现土壤水分、温度、气体浓度、气象等参数的实时监测，这些数据对于环境保护和农业生产具有非常重要的意义。
在城市环境监测中，光纤传感技术可以用于实现工业污染、空气质量、道路交通等方面的监测，可以帮助相关部门更好地控制和预警环境问题，保障公众的健康和安全。
三、光纤传感技术在医疗卫生中的应用光纤传感技术还可以应用于医疗卫生领域。
例如，利用光纤传感技术可以实现医疗设备的监测和控制，如手术刀、监护仪等，还可以用于实时监测病人的生理参数，例如心率、血压、血氧饱和度等。
另外，光纤传感技术还可以应用于新型医疗设备的研发，例如光学成像技术、激光治疗技术等。
这些新型医疗设备具有更高的精度和可靠性，可以为病人提供更好的治疗效果。
四、光纤传感技术在工业控制中的应用利用光纤传感技术可以实现对机械、电子、光学等各种工业设备的实时监测和控制。
例如，可以用光纤传感技术对飞机结构的变形、航空发动机的温度和振动、工业机械的转速和负荷进行监测，有助于实现对工业设备的有效控制和维护。
光纤传感技术的原理和应用
光纤传感技术的原理和应用随着科技的发展，光纤传感技术在工业、医疗等领域得到广泛应用。
本文将讨论光纤传感技术的原理、种类以及应用。
一、光纤传感技术的原理光纤传感技术是通过利用光在光纤中的传输特性，实现对物理或化学量的测量。
在光线透过光纤时，由于光纤的折射率比周围介质的折射率高，光线被反射回到光纤中。
通过利用这种特性，我们可以实现很多测量。
例如，通过光纤传感技术，我们可以测量温度、压力以及化学成分等，因为这些参数会改变光纤内的光线反射和散射特性。
这些变化可以被检测到，并通过这些变化来分析所需参数的数值。
二、光纤传感技术的种类1. Fabry-Perot干涉仪Fabry-Perot干涉仪是一种基于干涉原理的光纤传感技术。
Fabry-Perot干涉仪由两个反射镜组成，两个反射镜之间紧贴一段光纤。
在Fabry-Perot干涉仪中，光线通过光纤，并在两个反射镜之间反射。
这种反射过程会形成一个气膜。
当光线通过气膜时，光线的干涉图案会发生变化，这种变化可以用来测量温度、压力等参数。
2. Bragg光纤光栅传感器Bragg光纤光栅传感器是一种基于光栅原理的光纤传感技术。
Bragg光纤光栅传感器利用了光线在光栅中的反射和散射特性。
通过控制光栅的形状和尺寸，我们可以实现对物理量的精确测量。
在Bragg光纤光栅传感器上，光纤中存在着周期性变化的折射率。
这些变化可以产生光的反射和散射，在反射和散射中，我们可以测量需要的物理量。
三、光纤传感技术的应用1. 工业领域在工业生产中，光纤传感技术可以用来监测和控制工厂中的生产过程。
例如，我们可以使用温度传感器来检测某个机器的温度，以确定其是否需要维修或保养。
2. 医疗领域在医疗领域，光纤传感技术可以用于监测病人的健康状况。
例如，我们可以使用压力传感器来监测病人的血压，以及在手术时使用温度传感器来确保病人的体温稳定。
3. 环境检测光纤传感技术可以用于环境监测。
例如，我们可以使用化学传感器来检测破坏环境的化学物质的存在。
光纤传感技术的发展及应用
光纤传感技术的发展及应用光纤传感技术是一种多功能、高精度、可靠性强的测量技术，它可以利用光纤传输、测量和检测信号，以检测传感器的参数，以及实时监测环境参数变化。
近年来，光纤传感技术被广泛应用于自动控制、智能监测、计算机网络、环境检测、医疗保健以及军事领域。
1、光纤传感技术原理光纤传感技术是利用光纤作为信息传输媒介来实现传感器信号采集的。
光纤传感器的传感特性基于其能够将光信号转换成电信号的特殊特性而被开发出来。
正常的光纤传感系统由光源模块，光纤连接模块，传感器元件，数字处理模块和计算机接口板组成。
当光源发出的光束照射到传感器元件上时，它将传感器元件，料体上的参数变化同时转换成光信号以及电信号，最后传输到光纤传感系统，通过数字信号处理模块，将光信号转换成有意义的数指，可用于控制和监测。
2、光纤传感技术的发展及应用自20世纪80年代以来，光纤传感技术发展迅猛，因其具有高灵敏度、体积小、重量轻、抗环境恶劣、可靠性高的优点，现在已经在各种领域应用广泛。
纤传感技术主要应用在自动控制领域，如机器人，机械手，机器人导航，工厂自动化，航空航天，智能电网和节能减排等。
同时，也被用于智能监测、实时监测环境参数变化，如地下子午线监测，水资源管理，环境监测，火山灾害监测，地震监测，台风监测以及地球物理和空间物理等。
此外，光纤传感技术还可用于生物医学和军事等领域的应用，比如军事技术监测，生物信息传输，医疗器械监测，生物传感等。
3、光纤传感技术应用面临的挑战尽管光纤传感技术已经发展得很好，但其应用仍面临许多挑战。
首先，光纤传感器设备贵，在大规模应用时，费用成本仍很高，尤其是在室外应用中。
其次，光纤传感技术检测结果的准确性受到光纤性能的影响，由于光纤传输过程中发生的损耗，可能会降低传感器的精度。
另外，随着技术的发展，光纤传感器也可能受到干扰，破坏其正常工作。
4、未来光纤传感技术的发展趋势随着技术的发展，光纤传感技术的发展趋势是多样性与互联性。
使用光纤传感技术进行物理测量的方法与要点
使用光纤传感技术进行物理测量的方法与要点光纤传感技术是一种基于光纤传输和光学原理的新兴测量技术，它利用光纤作为传感器来实现对物理量的测量。
相比传统的传感器，光纤传感技术具有更高的灵敏度和更大的测量范围。
本文将介绍光纤传感技术的基本原理及其在物理测量中的应用。
一、光纤传感技术的基本原理光纤传感技术的基本原理是利用光的传输特性来实现对物理量的测量。
光纤传感器通常由光纤传输和信号处理两部分组成。
1. 光纤传输：光纤传输的原理是利用光的全反射和波导现象来传输光信号。
光信号从光源输入光纤中，经过光纤的传输和反射，最后到达接收器。
光纤的传输损耗非常小，可以实现远距离的信号传输。
2. 信号处理：光纤传感器的信号处理是指将光纤传输的光信号转化为电信号，并通过电子设备进行信号处理和分析。
传感器根据物理量对光信号的影响，可以实现对物理量的测量。
二、光纤传感技术在物理测量中的应用光纤传感技术在物理测量中具有广泛的应用，下面将介绍几种常见的应用领域。
1. 温度传感：光纤传感技术可以通过测量光纤的光衰减来实现温度的测量。
光纤传感器的光衰减与温度呈正相关，通过测量光衰减的变化，可以确定温度的变化。
2. 压力传感：利用光纤的折射率随压力变化而变化的特性，可以实现对压力的测量。
通过测量光纤传感器上的光信号的变化，可以确定压力的大小。
3. 拉力传感：在光纤上加上一些特殊材料，当受到拉力时，这些材料的特性会发生变化，从而改变光信号的传输特性。
利用这种原理，可以实现对拉力的测量。
4. 光纤陀螺仪：光纤陀螺仪是一种用于测量角速度和角位移的传感器。
它利用光纤中的光信号沿光纤传播的时间变化来测量角速度和角位移。
三、使用光纤传感技术进行物理测量的要点在使用光纤传感技术进行物理测量时，需要注意以下要点：1. 光纤的安装和连接：光纤传感器的测量结果受到光纤的安装和连接质量的影响。
安装时要确保光纤没有弯曲和损坏，连接时要保证连接头的质量良好。
2. 光纤的长度：光纤长度的选择要根据具体的测量要求和场景来确定。
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§10.1 光纤传感原理回顾
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。 ①电绝缘性能好。 ②抗电磁干扰能力强。 ③非侵入性。 ④高灵敏度。 ⑤容易实现对被测信号的远距离监控。 光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、应变、压力、 流量、振动、温度、电流、电压、磁场等物理量
光发送器
光纤
信号处理
敏感元件
光受信器
耦合器
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。
光发送器
信号 处理
光纤
光受 信器
被测对象
光纤理论与技术
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
2.根据光受被测对象的调制形式
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
§10.2.1.2 Sagnac效应
Sagnac效应是指在任意几何形状的闭合光路中，从某 一点观察点发出的一对光波沿相反方向运行一周后又回到 该观察点时，这对光波的相位（或它们经历的光程）将由 于该闭合环形光路相对于惯性空间的旋转而不同，其相位 差（光程差）的大小与闭合光路的转速速率成正比。
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
第十章 光纤传感原理与技术
§10.1 光纤传感原理回顾 §10.2 几种主要的光纤传感器
§10.2.1光纤陀螺 §10.2.2光纤水听器 §10.2.3白光干涉型光纤应变传感器 §10.2.4光纤光栅传感器
§10.3光纤传感器的应用
光纤理论与技术
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
光纤理论与技术
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
§10.2 几种主要的光纤传感器
§10.2.1 光纤陀螺
光纤理论与技术
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
§10.2.1.1 光纤陀螺的优点
光纤陀螺基于Sagnae效应，与机电陀螺或激光陀螺相比。 具有如下显著特点： ① 零部件少，仪器牢固稳定，具有较强的耐冲击和抗加速度运 动的能力； ② 绕制的光纤增长了激光束的检测光路，使检测灵敏度和分辨 率比激光陀螺仪提高了好几个数量级，从而有效地克服了激光 陀螺仪的闭锁问题； ③ 无机械传动部件，不存在磨损问题，因而具有较长的使用寿 命； ④相干光束的传播时间极短，因而原理上可瞬间启动； ⑤ 易于采用集成光路技术，信号稳定可靠，且可直接用数字输 出，并与计算机接口联接； ⑥ 具有较宽的动态范围； 光纤理论与技术 ⑦ 结构简单，价格低。体积小，重量轻。
光发送器 光纤敏感元件 信号处理 光受信器
光纤理论与技术
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
2）非功能型（或称传光型）光纤传感器 光纤仅起导光作用，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉” 功能依靠其他物理性质的功能元件完成。光纤不连续。此类光纤 传感器无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。 但灵敏度也较低，用于对灵敏度要求不太高的场合。
光纤理论与技术
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
谐振型光纤陀螺(R—FOG)和布里渊型光纤陀螺(B-FOG) 的基本原理与环形激光陀螺相同，都是利用Sagnac效应，通 过检测旋转非互易性造成的顺、逆时针两行波的频率差测量角 速率。它们与激光陀螺的区别在于用光纤环形谐振腔代替由反 射镜构成环形谐振腔，从而既可充分发挥激光陀螺的优越性， 又可克服激光陀螺的缺陷，同时可避免技术上已趋于成熟的IFOG的某些不足。谐振型光纤陀螺的最大优点是，它采用很 短的光纤来构成光环形谐振腔，一般光纤长度不超过10m，检 测的是频率差，信号处理比干涉型的相位检测要简单、方便， 光集成度高、性能优越、结构小巧，发展前景很好。 干涉型光纤陀螺是对光纤干涉检测技术的一种应用，在结 构上是一个环形干涉仪(Sagnac干涉仪)通过采用多匝光纤线圈 来增强相对惯性空间的旋转引起的萨格奈克(Sagnac)效应。
由光发送器发出的光经源光 纤引导至敏感元件。这时， 光的某一性质受到被测量的 调制，已调光经接收光纤耦 合到光接收器，使光信号变 为电信号，最后经信号处理 得到所期待的被测量。
电 信号处理
源 导线 敏感元件
信号接收 图1 传统传感器 光发送器 光纤 敏感元件
信ห้องสมุดไป่ตู้处理
光接收器
图2 光纤传感器
光纤理论与技术
光纤理论与技术
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
2. 光纤陀螺原理
图1 光纤陀螺原理图 光纤理论与技术
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
光纤陀螺是基于Sagnac 效应，用光纤构成环状光路， 组成光纤Sagnac 干涉仪。如图1所示，来自光源的光束被 分束器BS1分成两束光，分别从光纤圈的两端藕合进光纤敏 感线圈，沿顺、逆时针方向传播。从光纤圈两端出来的两束 光，再经过合束器BS1而叠加产生干涉。当光纤圈处于 静 止状态时，从光纤圈两端出来的两束光，光程差为零。当光 纤圈以角速率Ω旋转时由于Sagnac效应，顺、逆时针方向 传播的两束光产生光程差L可表示为：
光纤理论与技术
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
§10.2.1.3 光纤陀螺的分类及原理
1.分类 光纤陀螺的种类很多，根据提取相向光束作用信息 的不同，大致可分成三大类：干涉型光纤陀螺(I—FOG)， 谐振型光纤陀螺(R—FOG)和布里渊型光纤陀螺(BFOG)。干涉型光纤陀螺是第一代光纤陀螺，技术上已 趋成熟，正处于推进批量生产和商品化阶段。谐振型光 纤陀螺是第二代光纤陀螺，目前处于实验室研究向实用 化的发展阶段。布里渊型光纤陀螺是第三代光纤陀螺， 尚处于理论研究阶段。
分为：强度调制型、偏振调制、频率调制、相位调制。
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。 优点：结构简单、容易实现，成本低。 缺点：受光源强度波动和连接器损耗变化等影响较大 。
上式就是光纤陀螺的基本公式，通过检测相位差 Δ Φ （即干涉光强）就可以获得角速率Ω 的信息，其中 4π LR/cλ 项就是陀螺的标度因数。 为了对Sagnac效应的大小有一个比较直观的认识，我 们看一个例子。假定，光纤圈面积A＝100cm2 ，旋转角速 率Ω ＝10 － 3Ω E （Ω E 为地球自转速率l50 ／h)，即＝0． 0150 ／h，在包围此面积的单匝光纤环上，得到的光程差 仅为Δ L=10－15 cm。与氢原子直径10－8cm相比较，可发现 单匝光纤环的Sagnac效应是很小的。显然，要提高干涉仪 的灵敏度就必须大大增加光纤匝数，也就是说增加光纤的 几何参数LR 。通常LR取值在10一100m2之间。 可绕、低损耗的细径光纤，为绕制多匝光纤圈提供了 可能性，是实现小型、高灵敏度光纤陀螺的基础。
非
干
涉
型
频率调制 多普勒效应 光纤温度 受激喇曼散射 传感器 光致发光
注：MM多模；SM单模；PM偏振保持；a,b,c功能型、非功能型、拾光型 光纤理论与技术
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
1.根据光纤在传感器中的作用分类
根据光纤在传感器中的作用，光纤传感器分为功能型、非功能型 和拾光型三大类 1）功能型（全光纤型）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 传感元件，将“传”和“感”合为一体的传感器。光纤不仅起传 光作用，而且还利用光纤在外界因素(弯曲、相变)的作用下，其 光学特性(光强、相位、偏振态等)的变化来实现“传”和“感” 的功能。因此，传感器中光纤是连续的。由于光纤连续，增加其 长度，可提高灵敏度。
光纤理论与技术
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
§10.1.1光纤传感器结构
以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的 电信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及 信息传输均用金属导线连接，见图1。光纤传感器则是一种把被 测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件、 光接收器、信号处理系统以及光纤构成，见图2。
第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
可见,光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本 质的差别。传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为 基础。 光是一种电磁波，其波长从极远红外的lmm到极远紫外线的10nm。它的物 理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。因此，讨论光的敏感测量必 须考虑光的电矢量E的振动，即
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第十章：克服困难中带来的副产品——光纤传感原理与技术
4）相位调制传感器 其基本原理是利用被测对象对敏感元件的作用，使敏感元件 的折射率或传播常数发生变化，而导致光的相位变化，使两束单 色光所产生的干涉条纹发生变化，通过检测干涉条纹的变化量来 确定光的相位变化量，从而得到被测对象的信息。通常有利用光 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、电压传感器以及利用光纤赛格 纳克（Sagnac）效应的旋转角速度传感器（光纤陀螺）等。这类 传感器的灵敏度很高。但由于须用特殊光纤及高精度检测系统， 因此成本高。