光導纖維傳感器概述

光纖傳感器較傳統(tǒng)的傳感器相比有許多持點：靈敏度高；結構簡單；體積??；耗電量少；耐腐蝕；絕緣性好；光路可彎曲；便于實現(xiàn)遠調。

光纖傳感器技術是一門多學科性科學，它涉及知識面廣泛，如纖維光學、光電技術、彈性力學、電磁學、電子技術和微型計算機應用等。應用

磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉矩、光聲、電流和應變等物理量的測量。此外，光纖傳感器還可以應用在高電壓、強電磁場干擾的場合。

從傳感器的機理上來說，光纖傳感器可分為振幅型（強度型）和相位型（干涉型）兩種。

振幅型傳感器

原理：待測的物理擾動與光纖連接的光纖敏感元件相互作用，直接調制光強。

優(yōu)點：這類傳感器的優(yōu)點是結構簡單、具有與光纖技術的相容性，信號檢測也比較容易，但是靈敏度較低。

相位型傳感器

原理：在一段單模光纖中傳輸?shù)南喔晒?，因待測物理場的作用，產生了相位調制。

優(yōu)點：理論上，相位型傳感器的靈敏度要比現(xiàn)有的傳感器高出幾個數(shù)量級，并可通過改變光纖上的涂層來改變其傳感的物理量。

缺點：結構復雜，檢測也需要復雜的手段。另外需要研制對某種物理量敏感的特種光纖。

按工作原理光纖傳感器分為功能型和非功能型兩大類。

光導纖維傳感器功能型

（或稱物性型、傳感型）光纖傳感器 光纖在這類傳感器中不僅作為光傳播的波導而且具有測量的功能。因為光纖既是電光材料又是磁光材料，所以可以利用克爾效應、法拉第效應等，制成測量強電流、高電壓等傳感器；其次可利用光纖的傳輸特性把輸入量變?yōu)檎{制的光信號。因為表征光波特性的參量，如振幅（光強）、相位、和偏振態(tài)會隨著光纖的環(huán)境（如應變、壓力、溫度、電場、射線等）而改變，故利用這些特性便可實現(xiàn)傳感測量。

1．光強度調制型

光強度調制是光纖傳感器最基本的調制形式。被測量通過影響光纖的全內反射實現(xiàn)對輸出光強度的調制。從幾何光學的角度講，調制的條件是分別為纖芯和包層的折射率。 調制的具體途徑又可分為兩大類：

①改變光纖的幾何形狀，從而改變光線的傳播入射角φ ；

②改變光纖纖芯或者包層的折射率?？梢姡诶w芯中傳輸?shù)墓庥幸徊糠竹詈系桨鼘又?，原來光束以大于臨界角的角度在纖芯中傳播為全內反射，但在彎曲處，光束以小于臨界角 sin-1(n2/n1)的角度入射到界面，部分光逸出散射到包層。這種檢測原理可以實現(xiàn)對力、位移和壓強等物理量的測量。改變光纖折射率實現(xiàn)調制的方法也很常用，對于不同的測量對象可以采用不同的材料作包層，例如電光材料、磁光材料、光彈材料等，光纖中光強被油滴所調制的情況。有一種光纖溫度傳感器就是利用纖芯和包層折射率的溫度系數(shù)不一致，實現(xiàn)對溫度的測量。

2．光相位調制型

光纖相位調制是光纖比較容易實現(xiàn)的調制形式，所有能夠影響光纖長度、折射率和內部應力的被測量都會引起相位變化，例如壓力、應變、溫度和磁場等。相位調制型光纖傳感器比強度型復雜一些，一般采用干涉儀檢測相位的變化。

3．光偏振態(tài)調制型 外界因素使光纖中偏振態(tài)發(fā)生變化，并能加以檢測的光纖傳感器屬于偏振態(tài)調制型。比較典型的應用是根據磁旋效應做成的高壓傳輸線用的光纖電流傳感器。

光導纖維傳感器非功能型

（或稱結構型、傳光型）光纖傳感器 光纖在非功能型光纖傳感器中只作為傳光的介質，還需加上其它敏感器件才能組成傳感器。非功能型傳感器的特點是結構比較簡單，能夠充分利用其它敏感器件和光纖本身的優(yōu)點，因此發(fā)展很快。

光導纖維（英語：Optical fiber），簡稱光纖，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，利用光在這些纖維中以全反射原理傳輸?shù)墓鈧鲗Чぞ?。微細的光纖封裝在塑料護套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常光纖的一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管或一束激光將光脈沖傳送至光纖中，光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。包含光纖的線纜稱為光纜。由于信息在光導纖維的傳輸損失比電在電線傳導的損耗低得多，更因為主要生產原料是硅，蘊藏量極大，較易開采，所以價格很便宜，促使光纖被用作長距離的信息傳遞媒介。隨著光纖的價格進一步降低，光纖也被用于醫(yī)療和娛樂的用途。

光纖主要分為兩類，漸變光纖與突變光纖。前者的折射率是漸變的，而后者的折射率是突變的。另外還分為單模光纖及多模光纖。近年來，又有新的光子晶體光纖問世。

光導纖維是雙重構造，核心部分是高折射率玻璃，表層部分是低折射率的玻璃或塑料，光在核心部分傳輸，并在表層交界處不斷進行全反射，沿“之”字形向前傳輸。這種纖維比頭發(fā)稍粗，這樣細的纖維要有折射率截然不同的雙重結構分布，是一個非常驚人的技術。各國科學家經過多年努力，創(chuàng)造了內附著法、MCVD法、VAD法等等，制成了超高純石英玻璃，特制成的光導纖維傳輸光的效率有了非常明顯的提高。現(xiàn)在較好的光導纖維，其光傳輸損失每公里只有零點二分貝；也就是說傳播一公里后只損4.5%。

利用光導纖維(含石英玻璃光導纖維和塑料光導纖維)將采光器采集的光線(一般指陽光光線)傳送到建筑室內需要照明部位的采光方式。