光纖傳感器是通過(guò)光的全反射原理來(lái)工作的，對(duì)于光的全反射原理在中學(xué)物理中就學(xué)過(guò)，比如光折射和反射的斯涅爾定律就用數(shù)學(xué)關(guān)系式很清楚地表達(dá)了光反射原理。所以我們運(yùn)用光導(dǎo)纖維的傳光特點(diǎn)就可以把被測(cè)量轉(zhuǎn)化成光特性的改變，比如可以改變光的頻率、波長(zhǎng)、強(qiáng)度和相位等。
根據(jù)被調(diào)制的光波的性質(zhì)參數(shù)不同，光纖傳感器可再分為強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器、相位調(diào)制光纖傳感器、頻率調(diào)制光纖傳感器、偏振態(tài)調(diào)制光纖傳感器和波長(zhǎng)調(diào)制光纖傳感器。
強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器
基本原理是待測(cè)物理量引起光纖中傳輸光光強(qiáng)的變化，通過(guò)檢測(cè)光強(qiáng)的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)量的測(cè)量。恒定光源發(fā)出的強(qiáng)度為I的光注入傳感頭，在傳感頭內(nèi)，光在被測(cè)信號(hào)的作用下其強(qiáng)度發(fā)生了變化，即受到了外場(chǎng)的調(diào)制，使得輸出光強(qiáng)的包絡(luò)線與被測(cè)信號(hào)的形狀一樣，光電探測(cè)器測(cè)出的輸出電流也作同樣的調(diào)制，信號(hào)處理電路再檢測(cè)出調(diào)制信號(hào)，就得到了被測(cè)信號(hào)。
這類(lèi)傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、容易實(shí)現(xiàn)，因此開(kāi)發(fā)應(yīng)用的比較早，現(xiàn)在已經(jīng)成功的應(yīng)用在位移、壓力、表面粗糙度、加速度、間隙、力、液位、振動(dòng)、輻射等的測(cè)量。強(qiáng)度調(diào)制的方式很多，大致可分為反射式強(qiáng)度調(diào)制、透射式強(qiáng)度調(diào)制、光模式強(qiáng)度調(diào)制以及折射率和吸收系數(shù)強(qiáng)度調(diào)制等等。
一般反射式強(qiáng)度調(diào)制、透射式強(qiáng)度調(diào)制、折射率強(qiáng)度調(diào)制稱(chēng)為外調(diào)制式，光模式稱(chēng)為內(nèi)調(diào)制式。但是由于原理的限制，它易受光源波動(dòng)和連接器損耗變化等的影響，因此這種傳感器只能用于干擾源較小的場(chǎng)合。
相位調(diào)制型光纖傳感器
基本原理是：在被測(cè)能量場(chǎng)的作用下，光纖內(nèi)的光波的相位發(fā)生變化，再用干涉測(cè)量技術(shù)將相位的變化轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)的變化，從而檢測(cè)到待測(cè)的物理量。相位調(diào)制型光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)是具有極高的靈敏度，動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大，同時(shí)響應(yīng)速度也快，其缺點(diǎn)是對(duì)光源要求比較高同時(shí)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的精密度要求也比較高，因此成本相應(yīng)較高。
目前主要的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋豪霉鈴椥?yīng)的聲、壓力或振動(dòng)傳感器；利用磁致伸縮效應(yīng)的電流、磁場(chǎng)傳感器；利用電致伸縮的電場(chǎng)、電壓傳感器；利用賽格納克效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角速度傳感器(光纖陀螺)等。
頻率調(diào)制型光纖傳感器
基本原理是利用運(yùn)動(dòng)物體反射或散射光的多普勒頻移效應(yīng)來(lái)檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)速度，即光頻率與光接收器和光源間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)它們相對(duì)靜止時(shí)，接收到光的振蕩頻率；當(dāng)它們之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的光頻率與其振蕩頻率發(fā)生頻移，頻移大小與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度大小和方向有關(guān)。
因此，這種傳感器多用于測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)速度。頻率調(diào)制還有一些其他方法，如某些材料的吸收和熒光現(xiàn)象隨外界參量也發(fā)生頻率變化，以及量子相互作用產(chǎn)生的布里淵和拉曼散射也是一種頻率調(diào)制現(xiàn)象。其主要應(yīng)用是測(cè)量流體流動(dòng)，其它還有利用物質(zhì)受強(qiáng)光照射時(shí)的拉曼散射構(gòu)成的測(cè)量氣體濃度或監(jiān)測(cè)大氣污染的氣體傳感器；利用光致發(fā)光的溫度傳感器等。
偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器
基本原理是利用光的偏振態(tài)的變化來(lái)傳遞被測(cè)對(duì)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(chēng)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(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)，光矢量末端的軌跡是一個(gè)圓，這樣的光稱(chēng)為圓偏振光。如果光矢量的大小和方向都在有規(guī)律的變化，且光矢量的末端沿一個(gè)橢圓轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的光稱(chēng)為橢圓偏振光。
利用光波的偏振性質(zhì)，可以制成偏振調(diào)制光纖傳感器。在許多光纖系統(tǒng)中，尤其是包含單模光纖的那些系統(tǒng)，偏振起著重要的作用。許多物理效應(yīng)都會(huì)影響或改變光的偏振狀態(tài)，有些效應(yīng)可引起雙折射現(xiàn)象。所謂雙折射現(xiàn)象就是對(duì)于光學(xué)性質(zhì)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(xiàn)象。光通過(guò)雙折射媒質(zhì)的相位延遲是輸入光偏振狀態(tài)的函數(shù)。 偏振態(tài)調(diào)制光纖傳感器檢測(cè)靈敏度高，可避免光源強(qiáng)度變化的影響，而且相對(duì)相位調(diào)制光纖傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、且調(diào)整方便。
其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋豪梅ɡ谛?yīng)的電流、磁場(chǎng)傳感器；利用泡爾效應(yīng)的電場(chǎng)、電壓傳感器；利用光彈效應(yīng)的壓力、振動(dòng)或聲傳感器；利用雙折射性的溫度、壓力、振動(dòng)傳感器。目前最主要的還是用于監(jiān)測(cè)強(qiáng)電流。
波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器
傳統(tǒng)的波長(zhǎng)調(diào)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(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
此類(lèi)傳感器多為非功能型傳感器。在波長(zhǎng)調(diào)制的光纖探頭中，光纖只是簡(jiǎn)單的作為導(dǎo)光用，即把入射光送往測(cè)量區(qū)，而將返回的調(diào)制光送往分析器。光纖波長(zhǎng)探測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵是光源和頻譜分析器的良好性能，這對(duì)于傳感系統(tǒng)的穩(wěn)定性和分辨率起著決定性的影響。
光纖傳感器的應(yīng)用范圍很廣，主要有以下幾個(gè)方面：
城市建設(shè)中橋梁、大壩、油田等的干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器的應(yīng)用。光纖傳感器可預(yù)埋在混凝土、碳纖維增強(qiáng)塑料及各種復(fù)合材料中，用于測(cè)試應(yīng)力松弛、施工應(yīng)力和動(dòng)荷載應(yīng)力，從而評(píng)估橋梁短期施工階段和長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)性能。
在電力系統(tǒng)，需要測(cè)定溫度、電流等參數(shù)，如對(duì)高壓變壓器和大型電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)溫度的檢測(cè)等，由于電類(lèi)傳感器易受電磁場(chǎng)的干擾，無(wú)法在這類(lèi)場(chǎng)合中使用，只能用光纖傳感器。例如分布式光纖溫度傳感器就是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種用于實(shí)時(shí)測(cè)量空間溫度場(chǎng)分布的高新技術(shù)。
用于易燃易爆物的生產(chǎn)過(guò)程與設(shè)備的溫度測(cè)量。光纖傳感器在本質(zhì)上是防火防爆器件，它不需要采用隔爆措施，十分安全可靠。與電學(xué)傳感器相比，既能降低成本又能提高靈敏度。 此外，它還可以應(yīng)用于鐵路監(jiān)控、火箭推進(jìn)系統(tǒng)以及油井檢測(cè)等方面。
物聯(lián)網(wǎng)與光纖傳感有相輔相成、相互促進(jìn)的作用。光纖同時(shí)具備寬帶、大容量、遠(yuǎn)距離傳輸和可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)、分布式、低能耗傳感的顯著優(yōu)點(diǎn)。光纖傳感可以不斷汲取光纖通信的新技術(shù)(如新的半導(dǎo)體光源、新型光纖)、新器件，各種光纖傳感器有望在物聯(lián)網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。光纖技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中有很廣闊的應(yīng)用前景，全光物聯(lián)網(wǎng)有望在將來(lái)出現(xiàn)并成為一種新的物聯(lián)網(wǎng)形式。
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