光纤振动传感器详解
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作为一种重要的光学传感器，广泛应用于各个领域，如光通信、工业自动化、医疗设备等。
本文将介绍光纤传感器的工作原理及其在实际应用中的特点。
一、工作原理光纤传感器是利用光学原理来实现物理量的检测和测量的装置。
它基于光的传输、反射、折射、散射等现象，通过改变光的强度、频率或相位来感知和测量被测物理量。
1. 光传输光纤传感器中的光信号通过光纤传输到被测物体或环境中。
光纤具有优异的光导传输特性，可以保证光信号在传输过程中的稳定性和可靠性。
2. 光的接收与反射被测物体或环境中的光信号与光纤发射的光信号相互作用后，一部分被反射回光纤。
这里的反射可以是由于光的散射、反射或折射等效应引起的。
3. 光的探测与解读通过光纤传感器接收到的反射光信号会被传感器内部的光电探测器接收并转换成电信号。
电信号会被后续的电路处理和解读，从而获取被测量的物理量信息。
二、特点和应用光纤传感器具有以下特点，使其在各个领域得到广泛应用：1. 高精度光纤传感器具有高分辨率和高灵敏度，可以对微小物理量进行准确测量。
同时，光纤传感器还能实现长距离的传输，适用于大范围的测量需求。
2. 免受干扰光纤传感器的信号传输是光学信号，不会受到电磁干扰，有较高的抗干扰能力。
这使得光纤传感器在工业自动化、电磁环境复杂的场合下具有稳定可靠的性能。
3. 多功能光纤传感器可以根据需求设计不同的传感结构，实现对不同物理量的测量。
如温度、压力、湿度等物理量都可以通过光纤传感器进行检测。
4. 实时性光纤传感器的工作响应快速，能够实时获取被测物理量的变化。
这使得在对实时监测和控制要求较高的应用领域，如工业生产过程中的物料流动监测等，光纤传感器发挥了极其重要的作用。
光纤传感器由于其独特的工作原理和优越的性能，在多个领域有广泛的应用。
以下是一些典型的光纤传感器应用案例：1. 环境监测通过光纤传感器，可以实时监测环境参数，如温度、湿度、气体浓度等。
这对于环境保护、工业安全等方面具有重要意义。
什么是光纤振动传感器？
什么是光纤振动传感器？
一、什么是光纤振动传感器？
光纤振动传感器就是，用光波作为信号载体，用光纤作为光波传输通道，由光学感应单元响应外界振动后对光波进行调制，使反射光波的性质发生变化，经探测解调后获得振动信息的光纤传感器件。
光纤振动传感器与压电振动传感器的本质区别，就是信号导线由金属导线换成了光纤波导，信号载体由电子换成了光波，传感单元由压电元件换成了光学感应元件。
从原理上来讲，光纤振动传感器就具有极高的灵敏度、固有的本质安全性、抗电磁干扰、高绝缘强度、可远距离传输等优点。
二、光纤振动传感器的工作原理
基本的光纤振动传感器系统由光纤光源、分光器件、振动传感头、光电探测器等几部分组成。
根据传感机理的不同，光纤振动传感器还可能包括光纤调制器、光纤干涉仪、光纤光栅解调仪等元件或部分。
光纤振动传感器的基本工作原理是，将来自光源的光波经过光纤送入传感单元，传感单元响应被测振动信号，使其与光波相互作用，导致光波的光学性质(如光的强度、相位、波长、频率、偏振态等)发生变化，成为被振动信号调制的光波信号，光波信号在传感单元反射后经光纤进入光电探测器，转换成电信号后再进行信号解调处理，从而获得被测振动信号。
三、光纤振动传感器的分类
根据被调制的光波参数不同，光纤振动传感器可分为强度调制型、相位调制型、波长调制型、偏振调制型等几种不同类型。
华驰微电子光纤传感事业部
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光纤传感器原理及应用技术
光纤传感器原理及应用技术其中，光弹性原理是利用光纤在传输时会受到外力作用而发生形变而产生的光衰减现象。
通过监测光纤的衰减程度，可以测量出外力的大小。
光拉曼散射原理是利用光纤中的分子振动和转动引起的光的散射现象。
通过监测光纤中的散射光的强弱及频率变化，可以得到被测量物质的温度、压力等信息。
光纤布拉格光栅原理是利用在光纤中制造出周期性折射率改变的结构，从而产生回波光路，当光波通过这种结构时，会发生衍射现象，产生特定的波长回波。
通过监测这些特定波长的光信号，可以测量出物理量的变化。
光纤传感器的信号处理技术主要包括光谱分析技术、光纤光栅的解调技术、时间域反射法等。
光谱分析技术是利用光纤传感器接收到的光信号的光谱特征进行数据处理和分析，从而得到被测量物理量的信息。
光纤光栅的解调技术是利用光纤布拉格光栅的回波信号对输入信号进行解调，得到被测量物理量的信息。
时间域反射法是利用光纤传感器接收到的回波信号的时间延迟来计算被测量物理量的信息。
光纤传感器的结构设计技术主要包括光纤的材料选择和尺寸设计、光纤传感器的外包装设计等。
光纤的材料选择和尺寸设计是考虑到光纤在传输过程中的损耗和变形问题，选择适合的材料和尺寸来提高传感器的灵敏度和可靠性。
光纤传感器的外包装设计是为了保护光纤免受外界环境的损害，并提供有效的信号传输通道。
总之，光纤传感器是一种基于光纤的物理特性进行测量和监测的传感器。
其应用技术涵盖了光谱分析、光纤光栅解调、时间域反射等多种信号处理技术和光纤材料选择、尺寸设计、外包装设计等多种结构设计技术。
通过不断研究和发展，光纤传感器在工业生产、环境监测、医疗卫生等领域具有广泛的应用前景。
光纤位移传感器原理
光纤位移传感器原理光纤位移传感器是一种利用光学原理来测量物体位移的传感器。
它通过光纤的变化来实现对物体位移的测量，具有高精度、抗干扰能力强等优点，在工业自动化、航空航天、医疗等领域有着广泛的应用。
光纤位移传感器的原理主要基于两种光学效应，拉曼散射效应和布里渊散射效应。
拉曼散射效应是指当光线通过光纤时，由于光的频率与光纤内部的分子振动频率不同，会发生光子与分子之间的相互作用，使得光子的频率发生变化。
而布里渊散射效应则是指当光线通过光纤时，由于光的频率与光纤内部的声子振动频率不同，会导致光子与声子之间的相互作用，使得光子的频率发生变化。
基于以上两种光学效应，光纤位移传感器的工作原理可以简单描述为，当外界物体发生位移时，会导致光纤的长度或形状发生变化，从而影响光纤内部的光子与分子或声子之间的相互作用，最终导致光子的频率发生变化。
通过检测光子频率的变化，就可以得知外界物体的位移情况。
光纤位移传感器的工作原理虽然看似简单，但其中涉及到的光学原理和信号处理技术却十分复杂。
在实际应用中，需要考虑光纤的材料和结构、光源的稳定性、光谱分析技术等多个方面的因素，才能确保传感器的精准度和稳定性。
除了上述的原理外，光纤位移传感器还有一些特殊的工作原理，比如基于光纤光栅原理的传感器。
光纤光栅是指在光纤内部加入周期性的光栅结构，当外界物体位移时，会导致光栅的周期发生变化，从而改变光纤内部的光场分布，最终影响光的传输特性。
通过检测光的传输特性的变化，就可以实现对外界物体位移的测量。
总的来说，光纤位移传感器的原理是基于光学效应来实现对物体位移的测量，具有高精度、抗干扰能力强等优点。
在实际应用中，需要综合考虑光学原理、信号处理技术等多个方面的因素，才能确保传感器的稳定性和可靠性。
随着光学技术的不断发展，相信光纤位移传感器在未来会有更广泛的应用和更高的性能表现。
振动光纤传感器的研究
基于银薄膜的微型光纤压力传感器的研究光纤传感器技术是随着光纤的发展和光纤通信的出现而慢慢形成的一门新兴技术。
它是以光作为载体，并且以光作为传输介质，对被测参数实现传感。
由于它是一种光学的传感器，在传感方式传感原理、信号探测、信号传输方法和信号处理等方面都与传统的电子传感器完全不同，因此出现了很多种不同种类的光纤传感技术，引起了全世界的广泛的关注和研究。
光纤传感技术和传统的电子传感器相比，有以下主要特点：抗电磁干扰；不产生电磁干扰；灵敏度更高；可以在很多危险和强电磁场干扰的场合使用：传输和传感集为一体；能够容易实现传感器的分布式测量等。
传统传感器在应用中的诸多限制正是由于光纤的这些独特优点的存在得到了弥补。
满足了现代测量技术的需要，也极大的促进了传感技术的发展。
与此同时，光纤传感器在国防工业和军事领域也有重要的应用价值，光纤传感技术在现代的先进的设备中无处不在。
光纤传感技术的发展和应用主要分为四个大的阶段：上世纪八十年代以前，强度调制型光纤传感器的研究占主要地位；八十年代以后，干涉型光纤传感技术开始了大规模的研究；进入九十年代后光纤光栅被发明，因此出现了大批基于光纤光栅的传感技术。
进入新世纪后，各种各样的新型的光纤技术都逐步的完善，光纤传感技术从此步入商业化的进程，进入了实用阶段。
目前，一方面，多种多样的新器件的出现推动了这一技术的进步；另一方面，新的需求也牵引着光纤传感技术向前发展。
十九世纪初，用干涉实验证明了光具有波动这一特性，也就是著名的杨氏干涉实验。
从此以后，人们开始对各种干涉测量技术的研究，并且逐步形成了高灵敏度的测量方法。
激光的出现，高强度的相干光源也能很容易的得到，因此这－Ｎ量技术得到了快速的发展和应用。
光纤的出现，使干涉仪中的光不必在空间中传播，可以在弯曲的损耗很低的波导中进行传播。
全光纤系统可以使干涉仪变得更加可靠稳定，也更加紧凑，省去了麻烦的调节过程，也很大程度的降低了外界干扰形成的噪声，测量的灵敏度因此得到了大幅度的提高。
光纤振动传感器原理及其特点是什么
光纤振动传感器原理及其特点是什么在这个过程中，传感器家族的新成员光纤传感器受到青睐。
光纤具有许多优异的性能，如：抗电磁干扰和原子辐射，直径小，柔软，机械性能轻;绝缘和无感电气性能;耐水性、耐高温性和耐腐蚀性的化学特性可以在人们无法到达的地方(如高温区)或对人有害的地方(例如核辐射区)发挥眼睛和耳朵的作用，也可以超越人们的生理极限，接收人们无法感知的外部信息。
光纤振动传感器原理及其特点是什么? 1.光纤传感器原理根据传感原理，光纤传感器可分为两类：一类是透光(非功能)传感器，另一类是传感(功能)传感器。
在光纤传感器中，光纤仅用作光传输介质，通过其他传感元件完成对被测信号的传感。
传感器中的输出光纤和输入光纤是不连续的，它们之间的调制器是光谱变化传感元件或其他传感元件。
在传感光纤传感器中，光纤对被测信号和光信号的传输敏感。
传感器中的“传感”和“传输”光纤是连续的。
由于其高频响应特性，这种结构是计算机磁盘驱动器、磁带、超声波设备和生产线的理想解决方案。
在传感器中，发射和接收光纤束相对排列。
光纤通过测量目标的边缘到达接收光纤。
根据光纤调制的不同原理，光纤传感器可分为强度调制、相位调制、偏振调制、频率调制、波长调制等。
迄今为止，光纤传感器可以测量70多个物理量。
2.光纤传感器的特点(1)高灵敏度由于光是一种波长很短的电磁波，它的光学长度是通过光的相位获得的。
以光纤干涉仪为例。
由于所用光纤的直径很小，当外部机械力或温度变化很小时，光学长度会发生变化，从而导致较大的相位变化。
如果使用10m光纤，l℃的变化将导致1000ard检测到最小相位变化0.。
01ard，因此可以测量的最小温度变化为10℃，这表明它具有较高的灵敏度。
(2)测量速度快光传输速度最快，可以传输二维信息，因此可以用于高速测量。
雷达和其他信号。
分析需要很高的检测率，这很难通过电子方法实现。
这可以通过光衍射的高速光谱分析来解决。
(3)适合恶劣环境光纤是一种耐高压、耐腐蚀和抗电磁干扰的介质，可以在其他传感器无法适应的恶劣环境中使用。
振动光纤方案原理
类型
光纤方式 视频监控
监控范围
呈线形，面广 ，有盲区 广，存在盲区
隐蔽性
不高/ 高（埋 地） 低
安全性
高 高
可靠性
普通
自动化程度
较高
成本
低/较高/高
低，受环境干扰大 低，需要人员 较高 值守
红外对射
智能雷达
有限，存在盲 区
广，无盲区
不高
高
较高
高
低，误报率高，受 较高 外部环境影响大
振动光纤方案原理
一、振动光纤原理
振动光纤原理，是当光纤传感器受到外界干扰影响时，光纤中传输光的 部分特性就会改变，通过配置特殊的感测设备，经过信号采集与分析。
二、振动光纤报警原理
当光纤传感器受到外界干扰影 响时，光纤中传输光的部分特 性就会改变，通过配置特殊的 感测设备，经过信号采集与分 析，就能检测光的特性（即衰 减、相位、波长、极化、模场 分布和传播时间）变化。光的 特性变化通过报警控制器的特 殊算法和分析处理，区分第三 方入侵行为与正常干扰，实现 报警及定位功能
三、系统结构：
光缆振动传感报警系统由监 控器、主控仪、传感器、传 感光缆和外部组件这五大部 分组成。其中，系统监控器、 主控仪位于监控室内，引导 光缆、传感光缆和外部组件 安装于室外
四、振动光纤安装方式
四、振动光纤安装方式
四、振动光纤安装方式
光纤微振动传感器原理
光纤微振动传感器原理朱磊（机械与电子工程学院电子信息工程）指导教师：许海峰摘要：利用光纤共振原理设计和实现了一种光纤微振动传感器。
光纤微振动传感器主要有两种结构形式：带电的微振动传感器和不带电的微振动传感器, 以适应不同环境的在线检测。
关键词：光纤传感器光纤共振在线检测Abstract: using fibre resonant design principles and realize a fiber optic micro vibration sensor. Fiber optic micro vibration sensor to basically have two kinds of structure form: charged micro vibration sensor and uncharged micro vibration sensor to adapt to different environment of on-line detection.Keywords: optical fiber sensor fiber resonance on-line detection1.引言光纤具有传输损耗小、抗电磁干扰等优点, 在传感器领域内已得到广泛应用。
以往的传光型光纤振动传感器, 光纤只用于传输光而本身并不振动, 主要是利用与被测物相连的探头振动来进行检测的。
本光纤振动传感器有别于传统的光纤振动传感器, 光纤是随着被测物的振动而振动的, 在谐振时, 利用共振原理对微小振动能够放大50～100 倍, 最小测量精度为0. 01mm, 还具有在线实时检测的功能。
可用于测量大型发电机、房屋以及桥梁等的微振动。
光纤微振动传感器主要有两种结构形式: 带电的微振动传感器和不带电的微振动传感器。
带电的微振动传感器适用于弱磁场和低电压的环境下, 如检测房屋以及桥梁的微振动, 并且成本和造价都比较低; 不带电的微振动传感器适用于强磁场和高电压的环境下, 如检测大型发电机的微振动。
振动传感器的原理总结
《振动传感器的原理总结》 05308111 张航振动传感器包含拾振、测量放大线路和显示记录三个环节。
电测法测量系统示意图，如图下图所示。
1. 拾振环节。
把被测的机械振动量转换为机械的、光学的或电的信号，完成这项转换工作的器件叫传感器。
2. 测量线路。
测量线路的种类甚多，它们都是针对各种传感器的变换原理而设计的。
比如，专配压电式传感器的测量线路有电压放大器、电荷放大器等；此外，还有积分线路、微分线路、滤波线路、归一化装置等等。
3. 信号分析及显示、记录环节：从测量线路输出的电压信号，可按测量的要求输入给信号分析仪或输送给显示仪器（如电子电压表、示波器、相位计等）、记录设备（如光线示波器、磁带记录仪、X—Y 记录仪等）等。
也可在必要时记录在磁带上，然后再输入到信号分析仪进行各种分析处理，从而得到最终结果。
下面将分别介绍各常用传感器的工作原理1.惯性式传感器惯性式传感器是利用弹簧质量系统的强迫振动特性来进行振动测量的。
这种传感器直接固定在被测振动体上，不需要相对固定点。
测量所得结果直接以固定于地球上的惯性系坐标为参考坐标，是一种绝对式拾振仪器。
结构示意图这类传感器是在一个刚性的外壳里安装一个单自由度有阻尼的弹簧质量系统。
根据质量块相对于外壳的运动x来判断外壳体的振动y。
力学原理与频响特性惯性式传感器利用弹簧质量系统的强迫振动特性进行振动测量。
这种传感器直接固定在被测振动体上，不需要相对固定点。
测量所得结果直接以固定于地球上的惯性系坐标为参考坐标，是一种绝对式拾振仪器。
质量块的运动方程表明质量块相对于仪器外壳的位移x 与振动体的绝对位移y 之间存在一定的关系。
可以根据x 推算出y假定振动体作简谐振动代入运动方程得 令上式的解可分为两部分一部分是齐次方程的解，代表传感器的自由振动。
由于系统存在阻尼，自由振动经过一定时间后就衰减掉了第二部分为非线性方程的特解，代表强迫振动，它实际上是传感器外壳所引起的传感器系统的响应。
分布式光纤传感器
φ-OTDR扰动定位
φ-OTDR灵敏度高并且可 以实现多点扰动定位，但 是由于对激光器线宽要求 很高(kHz)，导致成本很 高。 图4 φ-OTDR扰动定位
COTDR相干检测扰动定位
通过相干检测技术可以大幅 度提高φ-OTDR的信噪比， 通过相干技术实现φ-OTDR 解调的方法叫做COTDR，其 系统搭建图如下所示。 图5 相干检测OTDR
布里渊散射的频移分量由声波产生的移动光栅引 起，光栅以声速在光纤中传播，且声速与光纤温 度和应力有关，两个布里渊频移分量均携带光纤 局部温度与应力信息。
散射光的布里渊频移随温 度和应力的变化见图1的散 射图谱。点击进入散射光 谱图
BOTDR应变测量 原理图
布里渊频移与温度和应变的 线性关系。 图11 布里渊频移与温度、应 力的线性关系 图12 BOTDR应变测量原理图
分布式传感器可以准确测量光 纤沿线上任意一点上的应力、 温度、振动等信息。
光纤中的散射信号
光纤中的散射信号主要包括三类：
瑞利散射，由折射率起伏引起； 拉曼散射，由光学声子引起； 布里渊散射，由声学声子引起。
其散射光谱图入下：
图1 散射光谱图
OTDR技术
散射类光纤传感主要运用OTDR技术实现，此技术通过 向光纤中注入光脉冲并接收光纤内的后向散射光实现 传感，外部事件会对后向散射光的幅度、相位、波长
到的应变差值曲线，若其中的应变值超出了设定的警戒值，即触发报警。
02 图14 光缆的固定
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光 加
副
纤 标
题
传 感 器
分布式光纤传感器
光纤周界安防系统主要基于分布式光纤振动传感器。将光纤固定于需要传 感的围栏上，当有外界入侵时，光纤中的传感信号受到入侵信号的调制而 发生变化，通过分析这个变化就得到入侵的具体位置，从而实现分布式入 侵检测。
光纤传感器的振动测量技术
光纤传感器的振动测量技术光纤传感器在振动测量方面那可是相当厉害的角色！咱就先来说说这振动测量到底是咋回事。
我记得有一次，我去一个工厂参观，那机器轰鸣，震得整个车间都嗡嗡响。
工人们就特别苦恼，因为机器的振动情况他们很难准确掌握，不知道啥时候就会出点小毛病。
这时候，光纤传感器就派上用场啦！光纤传感器测量振动，靠的就是它那灵敏的“感知神经”。
它能把极其微小的振动变化都给捕捉到，然后转换成我们能看懂的信号。
比如说，当一个物体以微小的幅度振动时，光纤传感器里的光纤就会跟着发生细微的拉伸或者压缩。
光纤传感器的优势可太多了。
首先，它抗干扰能力特别强。
不像有些传统的传感器，稍微有点电磁干扰，就乱了套。
光纤传感器可不怕，在各种复杂的环境中都能稳稳地工作。
而且啊，它的精度那叫一个高。
能精确到啥程度呢？哪怕是像头发丝那么细的振动变化，它都能给你测出来。
再说说它的适用范围，那可真是广泛得很。
从大型的桥梁、高楼大厦，到小小的精密仪器，都能用上光纤传感器来测量振动。
比如说，一座大桥在风的吹拂下会产生振动，要是振动幅度过大，那可就危险了。
这时候，在桥上安装几个光纤传感器，就能实时监测振动情况，提前发现问题，保障大家的安全。
还有啊，在航空航天领域，光纤传感器也是大显身手。
飞机在飞行过程中，各个部件都会产生振动。
通过光纤传感器的监测，可以及时了解部件的工作状态，确保飞行安全。
在实际应用中，为了让光纤传感器更好地发挥作用，还得进行一些精心的设计和调试。
就像给它量身定制一套合身的衣服一样，要考虑到测量的频率范围、灵敏度要求、安装位置等等因素。
总之，光纤传感器的振动测量技术就像是我们的一双超级眼睛，让那些隐藏在振动中的秘密无处遁形。
有了它，我们就能更好地了解各种物体的振动情况，保障生产生活的安全和稳定。
就像我参观的那个工厂，如果早早用上光纤传感器来测量机器的振动，工人们也能省不少心呢！。
光纤传感技术详解
• 光弹效应 解调原理：检偏器
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普克尔效应（电光效应）
当压电晶体受光照射，并在与光照正交的方向上加以高压电 场时，晶体将呈现双折射现象，这种现象被称为Pockels效应， 如下图所示。并且，这种双折射正比于所加电场的一次方在晶 体中，两正交的偏振光的相位变化为
3 n0 r3U L 0 d
检测原理
应力应变效应：光纤长度变化 光弹效应:光纤芯折射率变化 磁致伸缩效应：光纤芯直径变化 声光效应 光热效应 萨格纳克(Sagnac)效应
被调制的 光信号
45
o
o
29
e
o
e
光束传播示意图
两光分量对应的振幅分别为：
轴1光分量振幅: A sin 4 轴2光分量振幅: A cos 4
A sin 4
轴1
参考矢量
A
A
O
4
A sin 4
光纤传感技术
1
光纤发展历史
1870年，英国物理学家丁达尔的实验
1960-光纤发明
1966-华裔科学家“光纤之父”高锟 预言光纤将用于通信。 1970-美国康宁公司成功研制成传输损耗只有20dm/km的光纤。 1977-首次实际安装电话光纤网路 1978-FORT在法国首次安装其生产之光纤电 1979-赵梓森拉制出我国自主研发的第一根实用光纤，被誉为“中
其中：n0 — 正常折射率；re — 电光系数；U — 加在晶体片上的横向电压； λ— 光波长；L — 光传播方向晶体长度；d — 电场方向晶体厚度。
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光纤振动传感器原理
光纤振动传感器原理
光纤振动传感器是一种基于光学原理的传感器，其原理是利用光的反射和折射并结合光纤的特性来实现对振动信号的检测和测量。
具体来讲，光纤振动传感器通常由光源、光纤、检测器组成。
光源发出一束光线经由光纤传输到待测振动物体附近，当待测物体发生振动时，其表面产生微小的位移，导致光线在光纤中发生反射和折射，从而改变了光线的传播路径和光强。
检测器接收到光的强度变化后，将其转换成电信号进行处理和分析，从而得到待测物体的振动信息。
光纤振动传感器具有灵敏度高、信噪比好、抗干扰性强等优点，可广泛应用于航空航天、轨道交通、石油化工等领域中对机械振动、结构安全、地震预警等方面的监测与研究。
光纤传感器ppt课件
光纤传感器的原理结构及种类
光的传输原理
光导纤维传感器的类型
功能型光纤传感器
非功能型光纤传感器
光纤传感器的应用
光纤即光导纤维是20世纪70年代的重要发明之一，它与激光器、半导体探测器一起构成新的光学技术，创造了光电子学新领域。光纤的出现产生了光纤通讯技术，特别是光纤在有线通讯网的优势越来越突出，它为人类21世纪的通讯基础------信息高速公路奠定了基础，为多媒体（符号、数字、语言、图形和动态图象）通信提供了实现的必须条件。
光导纤维传感器的类型
光纤传感器的分类
按测量对象分类 ：分为光纤温度传感器、光纤浓度传感器、光纤电流传感器、光纤流速传感器。
按光纤中光波调制的原理分类 ：分为强度调制型光纤传感器、相位调制型光纤传感器、偏振调制型光纤传感器、频率调制型光纤传感器、波长调制型光纤传感器。
按光纤在传感器中的作用分类 ：分为功能型光纤传感器（FF型，function fiber）和非功能型光纤传感器（NFF型，non function fiber）
高纯度石英（sio2）玻璃纤维，这种材料的光损耗比较小。
多组分玻璃纤维，用常规玻璃制成，损耗较小。
塑料光纤，用人工合成导光塑料制成，其损耗较大，但质量轻，成本低，柔软性好，适用于短距离导光。
2、按折射率分布分类，有阶跃折射率型和梯度折射率型 1）阶跃型光纤（折射率固定不变）：指纤芯和包层折射率不连续的光纤。 2）梯度型光纤（纤芯折射率近似呈平方分布）：在中心轴上折射率最大，沿径向逐渐变小，界面处 n1=n2，n1的分布大多按抛物线规律，其关系式为： n1=n.(1-A.r2/2) n为纤芯中心折射率，如1.525 A为常数，如A=0.5mm-2 r为径向坐标 采用梯度折射率光纤时，光射入光纤后会自动从界面向轴心会聚，故也称为自聚焦光纤。
光纤光学振动传感器头的数据手册说明书
OFV-551/552 Fiber-Optic Sensor HeadThe OFV-551/552 fiber-optic sensorheads are designed for flexible vibrationmeasurement where space is restricted.Another benefit is their ability to adjustthe laser intensity especially for sensitive objectslike nanostructures and biological samples.The system comprises the OFV-5000 VibrometerController and a Fiber-Optic Sensor Head.The OFV-551 sensor head utilizes flexible single pointfiber-optics while the dual-fiber OFV-552 sensorhead permits direct measurements of differentialmovements between two monitored points.Technical Data1 Tolerance of ± 15 mm for position of coherence maximum.2Single point measurement with OFV-552: with OFV-151 reference head: 63 mm + n · 204 mm. Differential measurement with OFV-552: ±n · 204 mm between stand-off distance of both arms.3OFV-552: Length of the Y-fiber cable from branch to fiber head: always 500 mm.4 Standard 5Option 6The maximum stand-off distance depends on the backscattering properties of the sample.Options and AccessoriesPolytec offers a wide range of accessories including tripods, tilt and traverse stages for mounting and positioning fiber heads.Please contact your local vibrometer sales engineer or visit our website /vibrometersfor more detailed information.O M _D S _O F V -551552_E _423682017/01 - T e c h n i c a l s p e c i fi c a t i o n s a r e s u b j e c t t o c h a n g e w i t h o u t n o t i c ePolytec GmbH (Germany)Polytec-Platz 1-7 76337 Waldbronn Tel. +49 7243 604-0 ***************Polytec GmbH (Germany)Vertriebs- und BeratungsbüroSchwarzschildstraße 1 12489 BerlinTel. +49 30 6392-5140Polytec, Inc. (USA)North American Headquarters16400 Bake Parkway Suites 150 & 200Irvine, CA 92618Tel. +1 949 943-3033****************Central Office 1046 Baker Road Dexter, MI 48130Tel. +1 734 253-9428East Coast Office 1 Cabot Road Suites 101 & 102Hudson, MA 01749Tel. +1 508 417-1040Polytec Ltd. (Great Britain)Lambda House Batford MillHarpenden, Herts AL5 5BZ Tel. +44 1582 711670*******************.uk Polytec France S.A.S.Technosud II Bâtiment A99, Rue Pierre Semard 92320 ChâtillonTel. +33 1 496569-00***************Polytec JapanArena Tower, 13th floor 3-1-9, Shinyokohama Kohoku-ku, Yokohama-shi Kanagawa 222-0033Tel. +81 45 478-6980***************.jpPolytec South-East Asia Pte LtdBlk 4010 Ang Mo Kio Ave 10#06-06 TechPlace 1Singapore 569626Tel. +65 64510886********************Polytec China Ltd.Room 402, Tower B Minmetals PlazaNo. 5 Chaoyang North Ave Dongcheng District 100010 BeijingTel. +86 10 65682591*******************。
传感器原理及其应用光纤传感器课件
第9章 光纤传感器
2．非功能型(传光型)光纤传感器
这类光纤传感器中光纤仅起导光
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
在系统中是不连续的。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； 非功能型光纤传感器使用的光
传感器原理及其应用光纤传感器课 武汉理工大学件机电工程学院
第9章 光纤传感器
光电转换器件采用光电二极管
传感器原理及其应用光纤传感器课 武汉理工大学件机电工程学院
第9章 光纤传感器
9.2 光纤传感器的分类及其工作原理
光纤传感器与电类传感器的对比
电
被
电源
类
测
电类传感器
电缆
传
参
电量检测
感
量
器
光源
光
被
纤
可以证明，该入射角为
sin0
1 n0
n12 n22
光 纤 的 “ 数 值 孔 径 ” NA ，
NAsin0n10 n12n22
传感器原理及其应用光纤传感器课 武汉理工大学件机电工程学院
第9章 光纤传感器
9.1.3 光纤的种类 1．按材料分类
1) 高纯度石英(SiO2)玻璃纤维
这种材料的光损耗比较小，在波长时，最低损耗约为 0.47 dB/km 。 锗 硅 光 纤 ， 包 层 用 硼 硅 材 料 ， 其 损 耗 约 为 0.5 dB/km。
光纤传感器的特点:
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
振动光纤传感器的应用
基于纳米银膜的微振动光纤传感器及其应用的研究膜片式微振动光纤传感器的核心技术是高灵敏度传感膜片的制作及传感膜片与探测光的耦合方式。
本文使用液相化学反应生成了一种纳米银膜，使用纳米银膜设计出一种高灵敏度的微振动传感器；使用相位载波（ＰＧＣ）零差解调方法，构建了一种微振动光纤传感器系统。
实验结果充分证明，此传感器系统结构简单，体积小，对声压、光压的具有理想的感应灵敏度及检测线性度；此传感器可应用于声音传感、微振动传感、光压传感、光功率测量等。
银膜的声压响应灵敏度为160nm/pa，其底噪最小可检测压力灵敏度为14.5gpa/hz；其感应光功率改变量的灵敏度为5.1nm/mw。
第一章：首先，介绍了光纤传感器的研究状况及膜片式光纤传感器的发展历程。
其次，提出本论文研究的目的和意义。
第二章：分析干涉型光纤传感器传感原理，并详细介绍了马赫曾德干涉仪的传感原理及光纤干涉仪的解调方法一相位载波（ＰＧＣ）零差法的载波原理及解调原理。
这是整个论文工作的理论准备。
第三章：首先，介绍了金属膜片的制作工艺；其次，详细介绍了纳米银膜传感探头的制作；最后介绍了传感探头的安装。
第四章：对本论文提出并制造的基于纳米银膜的微振动光纤传感器系统，通过对声压及光压信号的测试，进行了对银膜压力感应特性的研究。
设计了传感器银膜振动幅的标定实验；设计了银膜探头的声压响应实验，确定了银膜振动幅与声压强度的关系，并得到了银膜的声压响应灵敏度为１６０ｎｍ／Ｐａ，高于目前已报道的研究成果两个数量级；设计了微振动光纤传感器的光压强度检测实验，其感应光功率改变量的灵敏度为５．１ｎｍ／ｍＷ；设计了微振动光纤传感器的双波长光波的光压强度检测实验。
第五章：首先对本论文的内容进行了总结和回顾；其次，在吸取国内外相关的最新研究成果、本论文所取得的研究成果及发现的不足之处的基础上，对今后的研究工作做了展望以及实验改进的设想。
关键词：微振动光纤传感器：纳米银膜；声压传感；光压传感；相位载波零差法基纳米银膜的微振动第一章绪论１．１引言第一章绪论从上个世纪６０年代开始，激光技术及光纤制造技术的先后出现，使光纤传感器的出现成为了可能。
光纤振动传感器(1).docx
第一章绪论1.1引言自20世纪70年头美国Coming公司制造出第一根低损耗光纤至今，光纤通信技术从试验室走向产业，快速壮大，并开展成为年产值逾千亿元、当今信息时代的支柱之一。
与之相伴生的光纤产业链的另一个分支一一光纤传感技术产业，在经验了由零星探讨走向集中开发、由军用步入民用、由单点监测走向分布式网络监测之后，近年来正大踏步地走向产业腾飞之路随着当今军事、工业、民用等领域自动限制系统的飞速开展，作为系统核心的传感技术在人们的生活中得到了越来越广泛的应用。
而伴随对传感性能的不断提育的要求，很多新型的传感器件和方法被不断研制出来“作为传感潺件应用的光纤传感器，具备了灵敏度高、动态范围大、不受电诙「•扰等突出的优点。
在包括强度、频率、波长、偏振调制等多种光纤传感形式当中，相位调制型具有最高的灵敏度，而分布式相位调制型光纤振动传感器那么可以实现连续高精度定位传感，具备广袤的应用前景。
光你破术简介光纤传感涔的历史可•追溯到上世纪70年头，那时，人们开场意识到光纤不仅具有传光特性，且其本身就可以构成•种新的干脆交换信息的根底，无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来。
由于其具有常规传感器所无法比较的优点和广袤的开展前景，很多国家不遗余力地加大对光纤传感器的探讨力度，也涌现出很多成果“但它仍存在诸如价格昂贵、技术不够成熟等瓶颈，这使得它在工程上的应用较少。
鼓近涌现的很多成果无论是在价位上还是技术上都有了新的突破。
随着新方法、新工艺不断被引入,大量低价位高性能光纤传感器而世，而光纤与其他学科理论相结合，不仅使光纤传感器在信号检测精度、传输减损、信号处理方面有了很大的提高，而且其应用领域也越加广袤。
1.3光纤传感聂的应用光纤传感耦作为一种优势明显的新型传感器不但在高、精、尖领域得到应用，而且在传统的工业领域被快速推广，其本身产品也不断推层出新，显示出强大的生命力。
可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高，不久的将来光纤传感器必将在海洋、化工、土木工程、水利电力等各个领域显示其应用活力。
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马赫一泽德干涉型光纤传感器的原理
这种传感器是由两根光纤即信号光纤和参考光纤组成。 激光器发出的光经过光纤耦合器分两路至参考光纤和信号光 纤中。当有振动或者压力信号作用于光纤信号臂时，会引起 信号臂光纤的几何尺寸和折射率等参数发生变化，导致在其 中传输的光波相位产生变化，从而两束光再次相遇时发生干 涉形成干光，干涉光再经光电转换变为与被测量成比例的电 信号。
②采用自聚焦透镜的光纤振动传感器 工作原理：在 1/4节距的自聚焦透镜的一端镀反射膜 , 其上 套敏感质量块,并由弹性膜支撑于壳体上。在自聚焦透镜的另 一端相对的壳体上并置关于 GRIN 透镜中心轴对称的发射光 纤和接收光纤,所以入射光经GRIN透镜反射后,进入到接受光 纤当中,弹簧膜振动的时候带动GRIN透镜振动,耦合光功率发 生了变化,其耦合光功率的大小与位移X有关,从而利用这个耦 合关系实施对微位移X的测量,进而间接地测量出加速度的数 值。
2018/10/19
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光弹效应原理：
光纤振动传感器的简介 光纤振动传感器的原理 光纤振动传感器的分类
光纤振动传感器的应用和展望
2018/10/19
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模式 调制
强度 调制 光纤振 动传感 器
偏振 态调 制
相位 调制
2018/10/19
波长 调制
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①光纤悬臂梁结构
其工作原理是从光纤传来的光经过梯度透镜光被梯度透 镜准直 , 成为平行光 , 出射后光被置于前方的悬臂梁上的平弹 片挡住一部分 , 其余部分光经反射镜反射回梯度透镜 , 聚焦于 光纤上。外壳与外部刚性连接 , 外部振动时外壳也振动 , 悬臂 梁和质量块因惯性力的作用 , 相对外壳位置发生上下变化 , 使 遮挡光的面积变化,反射回的光强也就发生变化。通过检测接 收光纤的光强可以获得光斑位置的变化,从而得到加速度的信 息。
波长调制传感原理：
被测场（参量）与敏感光纤相互作用，引起光纤中传输光 的波长改变，进而通过测量光波长的变化量来确定被测参量。 由于波长调制技术对其引起光纤或连续损耗增加的某些器件 的稳定性不敏感，广泛用于液体浓度的化学分析，磷光和荧 光现象分析，黑体辐射分析等方面。
光纤布拉格光栅传感器工作原理
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光纤振动传感器在安防周界的应用
光纤振动传感器在电缆故障中的应用
北京地铁一号线健康监测
土木工程中安全检测
管道安全防御系统传感示意图
以光纤振动传感器应用在安防周界做详细介绍
用作周界安防技术时，用光缆埋设于地下，或 者敷设在监控区域周界的篱色、围栏、墙壁上，通 过对各种进入周界的侵入行为引起的振动，实现监 测。
2018/10/19
1
光纤振动传感器的简介 光纤振动传感器的原理 光纤振动传感器的分类
光纤振动传感器的应用和展望
2018/10/19
2
振动是自然界中的一种常见现象，在工程实践中对于振 动问题的合理解决方案，具有重要的工程应用价值。从居民 小区安全保障到输油管线维护以及地震监测、海啸监测到处 都可以看到振动传感器的身影。
光纤光栅的反射或透射峰的波长与光栅的折射率调制周 期以及纤芯折射率有关，而外界温度或应变的变化会影响光 纤光栅的折射率调制周期和纤芯折射率，从而引起光纤光栅 的反射或透射峰波长的变化，这就是光纤光栅传感器的基本 工作原理。
光纤光栅传感器的光路原理图
光纤光栅振动传感器工作原理：
它是由机械悬臂梁一端固定在封装壳上，与待测的物台 连接。在测量振动时，振动源和物台同时振动，而引起悬臂 梁振动。由振动惯性力的作用下，悬臂梁发生机械振动，带 动两个光栅产生周期性的应变拉伸或收缩，从而引起FBG的 布拉格波长发生变化，通过探测波长的信息前后是否一致， 就能实现振动测量。
光纤振动传感器
分布式光纤振动传感器
电缆光纤振动传感器
高精度光纤振动传感器
光纤振动传感器的简介 光纤振动传感器的原理 光纤振动传感器的分类
光纤振动传感器的应用和展望
2018/10/19
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光纤振动传感器应用了“光弹效应”的机理。当有外界扰动 作用在光缆上时，将引起光缆中光纤的长度和折射率等光学 传输特性发生变化，从而引起感应光纤中传输光相位、波长 等参量的变化。
光纤光栅振动传感器原理图
工作原理：这是一种基于光弹效应的偏振型光纤振动传感 器。光源发出的光经过起偏器后变为线偏振光，线偏光经过 光弹性元件后成为椭圆偏振光，椭圆偏振光经过检偏器（是 由偏振片组成的）、光探测器后即可以得到被测振动信息。
偏振态调制型光纤振动传感器
基本原理是 : 相千光源（在此为激光束）发出的光进入一 段多模光纤 , 光纤中将有许多模式相互干涉 , 并在输出端产生 一种随机的干涉图像,称为散斑。输出端的干涉图像对外界环 境非常敏感 , 当有振动信号施加在多模光纤上时 , 将改变光纤 中各模式之间的干涉,最终改变散斑的分布。通过测量散斑分 变化情况，即可获知外界被为一种全新的安全监控的技术，光纤振动报 警系统在安装更加方便、防电磁干扰和智能化等方 面具有不可替代的优势，有望成为新一代的安全监 控技术。
2018/10/19
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模式调制型光纤振动传感器
光纤振动传感器的简介 光纤振动传感器的原理 光纤振动传感器的分类
光纤振动传感器的应用和展望
2018/10/19
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一、应用 光纤振动传感己成为现代化传感领域的一个重要研究方 向,在大型建筑、航空、船舶、电力、煤矿和石油等领域的安 全健康监测方面有着广阔的应用前景。
2018/10/19
光纤相位调制原理
光纤的相位调制是指当传感光纤受到外界机械振动作用 时，外界信号通过光纤的力应变效应、热应变效应、弹光效 应及热光效应使传感光纤的几何尺寸和折射率等参数发生变 化，从而导致光纤中的光传输延迟引起相位变化，以实现对 光相位的调制。光纤的相位调制中的通常用来测量振动的为 马赫-泽德型光纤干涉仪。