光纤传感器结构原理及分类

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1、word格式-可编辑-感谢下载支持光纤温度传感器1、光纤传感器结构原理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（a）。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（光纤或非光纤的）、光接收器、信号处理系统以 及光纤构成，见图（b）。C.0传统传感器（0光纤传感器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。可见，光纤传感器与以电为基础的传

2、统传感器相比较，在测量原理上有本 质的差别。传统传感器是以机一电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为 基础。word格式-可编辑-感谢下载支持光是一种电磁波，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E = A sin 十 p）A电场E的振幅矢量；s光波的振动频率；d光相位；t光的传播时间。可见，只要使光的强度、偏振态（矢量A的方向）、频率和相位等参量之一 随被测量状态的变化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光的强度调制、 偏振调制、频率调制或相位调制等进行解调，获得所需要的被测

3、量的信息。2、光纤传感器的分类童.类二涉型泣光感 相制传r干涉链致干涉电致光弾翹应干涉场压2 、査、 旦R甬漏新aaadd菲 - 涉 迪一一小 備複 玉 皿吐 动 .I7J 扼 牙圧展 霊駆g:r側C汎ib b b b H. b b第尔斛翹 一 -兄 Jf.T也磁电 E S:蘇虧仮度1J气通MMMebb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word格式-可编辑-感谢下载支持（1）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“

4、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，可提髙灵敏度。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 髙的场合。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

5、计、辐射式光纤温度传感器等。信号处理光发送器.|光纤” 敏总元件光受信器(2)根据光受被测对象的调制形式形式：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。2)

6、偏振调制光纤传感器是一种利用光偏振态变化来传递被测对象信息的传感器。有利用光在磁场 中媒质内传播的法拉第效应做成的电流、磁场传感器；利用光在电场中的压电 晶体内传播的泡尔效应做成的电场、电压传感器；利用物质的光弹效应构成word 格式-可编辑-感谢下载支持 的压力、振动或声传感器；以及利用光纤的双折射性构成温度、压力、振动等 传感器。这类 传感器可以避免光源强度变化的影啊，因此灵敏度高。3）频率调制光纤传感器是一种利用单色光射到被测物体上反射回来的光的频率发生变化来进行 监测的传感器。有利用运动物体反射光和散射光的多普勒效应的光纤速度、流 速、 振动、压力、加速度传感器；利用物质受强光照射时的喇曼散射构成的 测量气体浓度或监测大气污染的气体传感器；以及利用光致发光的温度传感器 等。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。