光導(dǎo)纖維傳感器光纖傳感器

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(dǎo)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(dǎo)而且具有測(cè)量的功能。因?yàn)楣饫w既是電光材料又是磁光材料，所以可以利用克爾效應(yīng)、法拉第效應(yīng)等，制成測(cè)量強(qiáng)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{(diào)制的光信號(hào)。因?yàn)楸碚鞴獠ㄌ匦缘膮⒘?，如振幅（光?qiáng)）、相位、和偏振態(tài)會(huì)隨著光纖的環(huán)境（如應(yīng)變、壓力、溫度、電場(chǎng)、射線等）而改變，故利用這些特性便可實(shí)現(xiàn)傳感測(cè)量。

1．光強(qiáng)度調(diào)制型

光強(qiáng)度調(diào)制是光纖傳感器最基本的調(diào)制形式。被測(cè)量通過影響光纖的全內(nèi)反射實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出光強(qiáng)度的調(diào)制。從幾何光學(xué)的角度講，調(diào)制的條件是分別為纖芯和包層的折射率。 調(diào)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?，在纖芯中傳輸?shù)墓庥幸徊糠竹詈系桨鼘又校瓉砉馐源笥谂R界角的角度在纖芯中傳播為全內(nèi)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(cè)原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)力、位移和壓強(qiáng)等物理量的測(cè)量。改變光纖折射率實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法也很常用，對(duì)于不同的測(cè)量對(duì)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(qiáng)被油滴所調(diào)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(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。

2．光相位調(diào)制型

光纖相位調(diào)制是光纖比較容易實(shí)現(xiàn)的調(diào)制形式，所有能夠影響光纖長(zhǎng)度、折射率和內(nèi)部應(yīng)力的被測(cè)量都會(huì)引起相位變化，例如壓力、應(yīng)變、溫度和磁場(chǎng)等。相位調(diào)制型光纖傳感器比強(qiáng)度型復(fù)雜一些，一般采用干涉儀檢測(cè)相位的變化。

3．光偏振態(tài)調(diào)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(cè)的光纖傳感器屬于偏振態(tài)調(diào)制型。比較典型的應(yīng)用是根據(jù)磁旋效應(yīng)做成的高壓傳輸線用的光纖電流傳感器。

光導(dǎo)纖維傳感器非功能型

（或稱結(jié)構(gòu)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(zhì)，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(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，能夠充分利用其它敏感器件和光纖本身的優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展很快。

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

振幅型傳感器

原理：待測(cè)的物理擾動(dòng)與光纖連接的光纖敏感元件相互作用，直接調(diào)制光強(qiáng)。

優(yōu)點(diǎn)：這類傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有與光纖技術(shù)的相容性，信號(hào)檢測(cè)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)南喔晒猓虼郎y(cè)物理場(chǎng)的作用，產(chǎn)生了相位調(diào)制。

優(yōu)點(diǎn)：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(gè)數(shù)量級(jí)，并可通過改變光纖上的涂層來改變其傳感的物理量。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢測(cè)也需要復(fù)雜的手段。另外需要研制對(duì)某種物理量敏感的特種光纖。

光纖傳感器較傳統(tǒng)的傳感器相比有許多持點(diǎn)：靈敏度高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；體積??；耗電量少；耐腐蝕；絕緣性好；光路可彎曲；便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)調(diào)。

光纖傳感器技術(shù)是一門多學(xué)科性科學(xué)，它涉及知識(shí)面廣泛，如纖維光學(xué)、光電技術(shù)、彈性力學(xué)、電磁學(xué)、電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用等。應(yīng)用

磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉(zhuǎn)矩、光聲、電流和應(yīng)變等物理量的測(cè)量。此外，光纖傳感器還可以應(yīng)用在高電壓、強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的場(chǎng)合。

光導(dǎo)纖維（英語：Optical fiber），簡(jiǎn)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?dǎo)工具。微細(xì)的光纖封裝在塑料護(hù)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(cè)脈沖。包含光纖的線纜稱為光纜。由于信息在光導(dǎo)纖維的傳輸損失比電在電線傳導(dǎo)的損耗低得多，更因?yàn)橹饕a(chǎn)原料是硅，蘊(yùn)藏量極大，較易開采，所以價(jià)格很便宜，促使光纖被用作長(zhǎng)距離的信息傳遞媒介。隨著光纖的價(jià)格進(jìn)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(dǎo)纖維是雙重構(gòu)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(jìn)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(xì)的纖維要有折射率截然不同的雙重結(jié)構(gòu)分布，是一個(gè)非常驚人的技術(shù)。各國科學(xué)家經(jīng)過多年努力，創(chuàng)造了內(nèi)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(dǎo)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(dǎo)纖維，其光傳輸損失每公里只有零點(diǎn)二分貝；也就是說傳播一公里后只損4.5%。

利用光導(dǎo)纖維(含石英玻璃光導(dǎo)纖維和塑料光導(dǎo)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(nèi)需要照明部位的采光方式。