光纤传感器介绍

光发送器
光纤敏感元件
信号处理
光受信器
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光纤传感器的分类
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。
以多模光导纤维来传输
易实现光，纤成不本连低续。。但此灵类敏光度纤也传较感低器，无用需于特对殊灵光敏纤度及光 度 被要其信 不 测求他号同参不特，进数太殊根行起高技据测检的术光量测场，接，作合比受而用。较强对的容
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。
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
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光纤传感器的基本原理
光纤传感器的基本原理:光导纤维不仅可以作为光波的 传播介质,而且光波在光纤中传播时表征光波的特征参 量（振幅、相位、偏振态、波长等）因外界因素（如 温度、压力、磁场、电场、位移、转动等）的作用而 间接或直接地发生变化,从而可将光纤用作传感元件来 探测各种物理量。
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光纤温度传感器
微弯光纤压力传感器
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光纤传感器与经典传感器的区别
图a 经典测量系统结构
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图b 光纤测量系统结构
经典的传感器完成的 是从非电量到电量的 转换。
光纤传感器完成的是 从非光量到光量的转 换。
它们的区别是,光纤传 感器以光作感知信息 的载体,而不是电;用光 纤传送信息，而不是 导线。
光纤干涉测量技术
第二讲 光纤传感器介绍
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光纤传感器的发展
20世纪60年代,激光使得利用光
的各种属性（干涉、衍射、偏振、 反射、吸收和发光等）的光检测 技术,作为非接触、高速度、高精 确度的检测手段获得了飞速的发 展。
20世纪70年代,由于光纤不但具 有良好的传光特性,而且其本身就 可用来进行信息传递，无需任何 中间媒体就能把测量值与光纤内 的光特性变化联系起来，因此， 在20世纪80年代光纤传感器就已 显示出广阔的应用前景。
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氙闪光灯
触发 电极
激光束 聚光器 红宝石棒Al 2O3
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光纤传感器的发展
但是在当时,光纤传感器真正投入实际应用的却不多,这主 要是因为与传统的传感技术相比，光纤传感器的优势是本 身的物性特性而不是功能特性。
因此,光纤传感技术的重要应用之一是利用光纤质轻、径 细、强抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、信号衰减小,集信 息传感与传输于一体等特点，解决常规检测技术难以完全 胜任的测量问题。
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什么是光纤传感器?
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。
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光纤的基本知识
1966年,英籍华裔学者高锟（Charles K. Kao）发表 了关于传输介质新概念的论文《光频率介质纤维表面波 导》,指出了利用光纤（Optical Fiber）进行信息传输 的可能性和技术途径，并指明通过“原材料提纯制造出 适合于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方向， 他奠定了现代光通信——光纤通信的基础。
涂敷层
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护套
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光纤的基本知识
850nm窗口,典型的衰减值为2dB/km; 1300nm窗口,典型的衰减值为0.4dB/km; 1550nm窗口，具有最低的衰减，典型值为0.2dB/km。
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光纤传感器的分类——按功能分
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
光发送器
是其他敏感元件。
传感型与传光性光 纤光这纤种传传感感器器敏多感都用元于件可工业检测
再分信号成处理光强调光制受信、器相位调液 流位 速制、 、、压 电力流偏、、振形磁变场态、等温。度、
3）拾光调型制光纤以传及感波器长调制等几 种它的形优式点是。性能稳定可靠，
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。
结构简单，造耦价合低器廉. 光缺发点送是器灵敏度低。
光纤 被测对象
其典型例子如光纤激光多普勒速度计 信号 光受
、辐射式光纤温度传感器等。
处理 信器
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光纤传感技术的分类——按调制方式分
强度调制型 偏振调制型 相位调制型 波长调制型
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光纤传感器的分类——强度调制型
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。
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光纤的基本知识
光纤是一种传输光信息的导光纤维,主要由高强度石 英玻璃、常规玻璃和塑料制成。 光纤由纤芯、包层、护套组成。
纤芯
n1
n2
包层
纤芯 包层
光主要在纤芯中传输,光纤的导光能力主 要取决于纤芯和包层的折射率,纤芯的折 射率n1稍大于包层的折射率n2，典型数 值是n1=1.46~1.51，n2=1.44~1.50.
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光纤Βιβλιοθήκη Baidu感器的发展
20世纪90年代后期,光通信带动下的光子产业取得 了巨大的成功,光纤传感器呈产业化发展，在国际 上形成了许多应用领域，即医学和生物、电力工 业、化学和环境、军事和职能结构、石油行业、 汽车行业、船舶、航空航天等领域。
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光纤传感器的发展
传感器（Sensor,Transducer）是完成信息获取 （检测）、传输和转换的器件。光纤传感器 （Optical Fiber Sensor）则是以光纤作为功能 材料的传感器。