發布日期：2022-10-09 點擊率：90
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描述
光纖最早的出現的目的是用于傳輸光，在20世紀70年代初生產出低損耗光纖后，光纖用于長距離傳遞信息，是光纖通信的基石，也可以豪不夸張的說光纖也是現代信息社會的基石。由于光纖不僅可以作為光波的傳輸媒質，而且光波在光纖中傳播的特征參量（振幅、相位、偏振態、波長等）會因外界因素（如溫度、壓力、應變、振動、聲音、磁場、折射率、扭曲、等）的作用而間接或直接地發生變化，分析這些變化就可以得到外界作用的某些性質，從而可將光纖用作傳感器元件來探測各種物理量、化學量和生物量，這就是光纖傳感器的基本原理。
光纖傳感器的基本結構由光源、傳輸光纖和光檢測部分組成。考慮到光纖傳輸已經很簡單，通常一套完整的光纖傳感器主要由傳感器和解調儀構成。光源發出的光耦合進光纖，經光纖進入調制區；在調制區內外界被測參數作用于進入調制區內的光信號，使其光學性質如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等發生變化成為被調制的信號光：再經過光纖送入光檢測器，光檢測器對進來的光信號進行光電轉換，輸出電信號；最后對電信號進行信號處理而得到可用信號，從而獲得被測參數。
光纖傳感器的組成結構
光纖傳感器網的三種基本構成
光纖傳感器網有三種基本構成，其中一個叫單點式傳感器。一根光纖在這里僅僅起到傳輸的作用，另外一種叫多點式傳感器，在這里一根光纖把很多傳感器串起來，這樣很多傳感器可以共用光源實現網絡性監測。再有就是智能光纖傳感器。
多點式光纖傳感器，從外表看就是一節光柵，通過紫外線照射發現有周期性的間隔。當有光纖入射的時候，如果光纖的波長正好等于間隔的兩倍，那么這個光波將會受到強烈的反射，而如果光纖受到溫度變化或者應變等等，這個反射波長將會發生變化，這種傳感器在一根光纖上可以做很多個，把它連接起來就可以用于各種各樣的傳感應用。
因為光纖是軟的，它可以兩維、三維，所以橫軸是空間的位置，縱軸是測量對象。這樣一個傳感網解決了什么問題呢？它解決了在什么位置上發生了什么事情，那個事情有多少個強度的問題，也就是提供了兩維的信息。這就是智能光纖傳感器所需要解決的問題，它有非常突出的特點要求，包括體積小、強度高、穩定性好，可植入材料中。抗電磁干擾、耐環境。
光纖傳感器已經成功應用于飛機結構監測。我們看到A-380和波音787，它們的特點是超過一半數量是碳纖維，比如說碳纖維符合樹脂有幾種缺失，一個是層與層之間的剝離，由于這種材料比較強，所以很難像鋁合金材料那樣實行碳酸檢測，所以研究人員現在開始研究把光纖傳感器埋到復合材料當中去，由于這種材料一層大概125微米的厚度，所以這種光纖傳感器必須是特別細小的光纖傳感器，大概直徑在50個微米左右。
我們說光纖傳感器網可以成為安全安心社會的神經網。光纖傳感器網可以用語光纖通訊網的診斷技術。光纖傳感器網在安防方面已經有很多的應用，國內有很多企業在這方面開展了卓有成效的工作。
光纖傳感器有哪些_常見的光纖傳感器
1、強度調制型光纖傳感器
基本原理是待測物理量引起光纖中傳輸光光強的變化，通過檢測光強的變化實現對待測量的測量。一恒定光源發出的強度為的光注入傳感頭，在傳感頭內，光在被測信號的作用下其強度發生了變化，即受到了外場的調制，使得輸出光強的包絡線與被測信號的形狀一樣，光電探測器測出的輸出電流也作同樣的調制，信號處理電路再檢測出調制信號，就得到了被測信號。
這類傳感器的優點是結構簡單、成本低、容易實現，因此開發應用的比較早，現在已經成功的應用在位移、壓力、表面粗糙度、加速度、間隙、力、液位、振動、輻射等的測量。強度調制的方式很多，大致可分為反射式強度調制、透射式強度調制、光模式強度調制以及折射率和吸收系數強度調制等等。
2、相位調制型光纖傳感器
基本原理是：在被測能量場的作用下，光纖內的光波的相位發生變化，再用干涉測量技術將相位的變化轉換成光強的變化，從而檢測到待測的物理量。相位調制型光纖傳感器的優點是具有極高的靈敏度，動態測量范圍大，同時響應速度也快，其缺點是對光源要求比較高同時對檢測系統的精密度要求也比較高，因此成本相應較高。
3、頻率調制型光纖傳感器
基本原理是利用運動物體反射或散射光的多普勒頻移效應來檢測其運動速度，即光頻率與光接收器和光源間運動狀態有關。當它們相對靜止時，接收到光的振蕩頻率;當它們之間有相對運動時，接收到的光頻率與其振蕩頻率發生頻移，頻移大小與相對運動速度大小和方向有關。
4、波長調制型光纖傳感器
傳統的波長調制型光纖傳感器是利用傳感探頭的光譜特性隨外界物理量變化的性質來實現的。
此類傳感器多為非功能型傳感器。在波長調制的光纖探頭中，光纖只是簡單的作為導光用，即把入射光送往測量區，而將返回的調制光送往分析器。光纖波長探測技術的關鍵是光源和頻譜分析器的良好性能，這對于傳感系統的穩定性和分辨率起著決定性的影響。
5、分布式光纖傳感器
分布式光纖傳感器是采用獨特的分布式光纖探測技術，對沿光纖傳輸路徑上的空間分布和隨時間變化信息進行測量或監控的傳感器。利用光波在光纖中傳輸的特性，可沿光纖長度方向連續的傳感被測量（如溫度、壓力、應力和應變等），光纖既是傳感介質，又是被測量的傳輸介質。它將傳感光纖沿場排布，可以同時獲得被測場的空間分布和隨時間的變化信息
6、偏振態調制型光纖傳感器
基本原理是利用光的偏振態的變化來傳遞被測對象信息。
光波是一種橫波，它的光矢量是與傳播方向垂直的。如果光波的光矢量方向始終不變，只是它的大小隨相位改變，這樣的光稱為是線偏振光。光矢量與光的傳播方向組成的平面為線偏振光的振動面。
如果光矢量的大小保持不變，而它的方向繞傳播方向均勻的轉動，光矢量末端的軌跡是一個圓，這樣的光稱為圓偏振光。如果光矢量的大小和方向都在有規律的變化，且光矢量的末端沿一個橢圓轉動，這樣的光稱為橢圓偏振光。
利用光波的偏振性質，可以制成偏振調制光纖傳感器。在許多光纖系統中，尤其是包含單模光纖的那些系統，偏振起著重要的作用。許多物理效應都會影響或改變光的偏振狀態，有些效應可引起雙折射現象。所謂雙折射現象就是對于光學性質隨方向而異的一些晶體，一束入射光常分解為兩束折射光的現象。光通過雙折射媒質的相位延遲是輸入光偏振狀態的函數。
偏振態調制光纖傳感器檢測靈敏度高，可避免光源強度變化的影響，而且相對相位調制光纖傳感器結構簡單、且調整方便。其主要應用領域為：利用法拉第效應的電流、磁場傳感器;利用泡爾效應的電場、電壓傳感器;利用光彈效應的壓力、振動或聲傳感器;利用雙折射性的溫度、壓力、振動傳感器。
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光波是一種橫波，它的光矢量是與傳播方向垂直的。如果光波的光矢量方向始終不變，只是它的大小隨相位改變，這樣的光稱為是線偏振光。光矢量與光的傳播方向組成的平面為線偏振光的振動面。 如果光矢量的大小保持不變，而它的方向繞傳播方向均勻的轉動，光矢量末端的軌跡是一個圓，這樣的光稱為圓偏振光。如果光矢量的大小和方向都在有規律的變化，且光矢量的末端沿一個橢圓轉動，這樣的光稱為橢圓偏振光。 利用光波的偏振性質，可以制成偏振調制光纖傳感器。在許多光纖系統中，尤其是包含單模光纖的那些系統，偏振起著重要的作用。許多物理效應都會影響或改變光的偏振狀態，有些效應可引起雙折射現象。所謂雙折射現象就是對于光學性質隨方向而異的一些晶體，一束入射光常分解為兩束折射光的現象。光通過雙折射媒質的相位延遲是輸入光偏振狀態的函數。 偏振態調制光纖傳感器檢測靈敏度高，可避免光源強度變化的影響，而且相對相位調制光纖傳感器結構簡單、且調整方便。其主要應用領域為：利用法拉第效應的電流、磁場傳感器；利用泡爾效應的電場、電壓傳感器；利用光彈效應的壓力、振動或聲傳感器；利用雙折射性的溫度、壓力、振動傳感器。目前最主要的還是用于監測強電流。 波長調制型光纖傳感器 傳統的波長調制型光纖傳感器是利用傳感探頭的光譜特性隨外界物理量變化的性質來實現的。 此類傳感器多為非功能型傳感器。在波長調制的光纖探頭中，光纖只是簡單的作為導光用，即把入射光送往測量區，而將返回的調制光送往分析器。光纖波長探測技術的關鍵是光源和頻譜分析器的良好性能，這對于傳感系統的穩定性和分辨率起著決定性的影響。 光纖波長調制技術主要應用于醫學、化學等領域。例如，對人體血氣的分析、PH值檢測、指示劑溶液濃度的化學分析、磷光和熒光現象分析、黑體輻射分析和法布里一珀羅濾光器等。而目前所稱的波長調制型光纖傳感器主要是指光纖布拉格光柵傳感器（FBG）。
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