光纖水傳感器：一文讀懂光纖傳感器
原標(biāo)題：一文讀懂光纖傳感器
光纖最早是應(yīng)用于光的傳輸，適合長(zhǎng)距離傳遞信息，是現(xiàn)代信息社會(huì)光纖通信的基石。光波在光纖中傳播的特征參量會(huì)因外界因素的作用而間接或直接地發(fā)生變化，由此光纖傳感器就能分析探測(cè)這些物理量、化學(xué)量和生物量的變化。
光纖傳感器
光纖傳感器由光源、入射光纖、出射光纖、光調(diào)制器、光探測(cè)器以及解調(diào)制器組成。其基本原理是將光源的光經(jīng)入射光纖送人調(diào)制區(qū)，光在調(diào)制區(qū)內(nèi)與外界被測(cè)參數(shù)相互作用，使光的光學(xué)性質(zhì)(如強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏正態(tài)等)發(fā)生變化而成為被調(diào)制的信號(hào)光，再經(jīng)出射光纖送入光探測(cè)器、解調(diào)器而獲得被測(cè)參數(shù)。
光纖傳感器的分類
光纖傳感器按結(jié)構(gòu)類型可分兩大類：一類是功能型（傳感型）傳感器；另一類是非功能性（傳光型）傳感器。
功能型傳感器
利用對(duì)外界信息具有敏感能力和檢測(cè)能力的光纖(或特殊光纖)作為傳感元件，對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制，使傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化，再通過(guò)被調(diào)制過(guò)的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，從而得出被測(cè)信號(hào)。
光纖在其中不僅是導(dǎo)光媒質(zhì)，而且也是敏感元件，多采用多模光纖。
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高。缺點(diǎn)：須用特殊光纖，成本高。典型例子：光纖陀螺、光纖水聽(tīng)器等。
非功能型傳感器
是利用其它敏感元件感受被測(cè)量的變化，光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì)，常采用單模光纖。光纖在其中僅起導(dǎo)光作用，光照在光纖型敏感元件上被測(cè)量調(diào)制。
優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需特殊光纖及其他特殊技術(shù)，比較容易實(shí)現(xiàn)，成本低。缺點(diǎn)：靈敏度較低。實(shí)用化的大都是非功能型的光纖傳感器。
根據(jù)被調(diào)制的光波的性質(zhì)參數(shù)不同，這兩類光纖傳感器都可再分為強(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。
1） 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。一恒定光源發(fā)出的強(qiáng)度為的光注入傳感頭，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)制稱為外調(diào)制式，光模式稱為內(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。
2） 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。
3） 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。
4） 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。
5）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。
光光纖波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域。例如，對(duì)人體血?dú)獾姆治觥H值檢測(cè)、指示劑溶液濃度的化學(xué)分析、磷光和熒光現(xiàn)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(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器主要是指光纖布拉格光柵傳感器（FBG）。
光纖傳感器的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
光纖傳感器有極高的靈敏度和精度、固有的安全性好、抗電磁干擾、高絕緣強(qiáng)度、耐腐蝕、集傳感與傳輸于一體、能與數(shù)字通信系統(tǒng)兼容等優(yōu)點(diǎn)。概括如下：
(1)高靈敏度；
(2)輕細(xì)柔韌便于安裝埋設(shè)；
(3)電絕緣性及化學(xué)穩(wěn)定性。光纖本身是一種高絕緣、化學(xué)性能穩(wěn)定的物質(zhì)，適用于電力系統(tǒng)及化學(xué)系統(tǒng)中需要高壓隔離和易燃易爆等惡劣的環(huán)境中；
(4)良好的安全性。光纖傳感器是電無(wú)源的敏感元件，故應(yīng)用于測(cè)量中時(shí)，不存在漏電及電擊等安全隱患；
(5)抗電磁干擾。一般情況下光波頻率比電磁輻射頻率高,因此光在光纖中傳播不會(huì)受到電磁噪聲的影響；
(6)可分布式測(cè)量。一根光纖可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離連續(xù)測(cè)控，能準(zhǔn)確測(cè)出任一點(diǎn)上的應(yīng)變、損傷、振動(dòng)和溫度等信息，并由此形成具備很大范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)區(qū)域，提高對(duì)環(huán)境的檢測(cè)水平；
(7)使用壽命長(zhǎng)。光纖的主要材料是石英玻璃，外裹高分子材料的包層，這使得它具有相對(duì)于金屬傳感器更大的耐久性；
(8)傳輸容量大。以光纖為母線，用傳輸大容量的光纖代替笨重的多芯水下電纜采集收納各感知點(diǎn)的信息，并且通過(guò)復(fù)用技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式的光纖傳感器監(jiān)測(cè)。
分布式光纖傳感器
分布式光纖傳感技術(shù)是在70年代末提出的，它是隨著現(xiàn)在光纖工程中仍應(yīng)用十分廣泛的光時(shí)域反射（OTDR）技術(shù)的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的。在這十幾年里，產(chǎn)生了一系列分布式光纖傳感機(jī)理和測(cè)量系統(tǒng)，并在多個(gè)領(lǐng)域得以逐步應(yīng)用。目前，這項(xiàng)技術(shù)已成為光纖傳感技術(shù)中最具前途的技術(shù)之一。
分布式光纖傳感器是采用獨(dú)特的分布式光纖探測(cè)技術(shù)，對(duì)沿光纖傳輸路徑上的空間分布和隨時(shí)間變化信息進(jìn)行測(cè)量或監(jiān)控的傳感器。利用光波在光纖中傳輸?shù)奶匦裕裳毓饫w長(zhǎng)度方向連續(xù)的傳感被測(cè)量（如溫度、壓力、應(yīng)力和應(yīng)變等），光纖既是傳感介質(zhì)，又是被測(cè)量的傳輸介質(zhì)。它將傳感光纖沿場(chǎng)排布，可以同時(shí)獲得被測(cè)場(chǎng)的空間分布和隨時(shí)間的變化信息，
分布式光纖傳感器有以下一些特點(diǎn)：
1）分布式光纖傳感系統(tǒng)中的傳感元件僅為光纖；
2）一次測(cè)量就可以獲取整個(gè)光纖區(qū)域內(nèi)被測(cè)量的一維分布圖，將光纖架設(shè)成光柵狀，就可測(cè)定被測(cè)量的二維和三維分布情況；
3）系統(tǒng)的空間分辨力一般在米的量級(jí)，因而對(duì)被測(cè)量在更窄范圍的變化一般只能觀測(cè)其平均值；
4）系統(tǒng)的測(cè)量精度與空間分辨力一般存在相互制約關(guān)系；
5）檢測(cè)信號(hào)一般較微弱，因而要求信號(hào)處理系統(tǒng)具有較高的信噪比；
6）由于在檢測(cè)過(guò)程中需進(jìn)行大量的信號(hào)加法平均、頻率的掃描、相位的跟蹤等處理，因而實(shí)現(xiàn)一次完整的測(cè)量需較長(zhǎng)的時(shí)間。
由于光纖電纜不易被電磁干擾，因此，分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)通常用于電力電纜熱點(diǎn)區(qū)位的溫度監(jiān)控和測(cè)量。對(duì)惡劣環(huán)境的把握和管理以及改善野外作業(yè)環(huán)境需求是促進(jìn)分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)市場(chǎng)穩(wěn)定增長(zhǎng)的主要原因。同時(shí)，傳感器電纜部署的技術(shù)難題也是這一市場(chǎng)發(fā)展面臨的主要障礙。
隨著應(yīng)用越來(lái)越廣泛，現(xiàn)在分布式光纖傳感器主要用于6大領(lǐng)域，包括管道和近海石油平臺(tái)等的結(jié)構(gòu)檢測(cè)；液體管道和大壩的滲漏探測(cè)；路面結(jié)冰探測(cè)、鐵路監(jiān)測(cè)；安全系統(tǒng)探測(cè)、電力電纜監(jiān)視；光纖通信生產(chǎn)監(jiān)測(cè)；環(huán)境監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)期溫度測(cè)量。
光纖傳感技術(shù)研究伴隨著光纖技術(shù)和光通信技術(shù)，迅猛發(fā)展起來(lái)的一種新型傳感技術(shù)。近年來(lái)，光纖傳感在機(jī)械、電子儀器儀表、航天航空、石油、化工、食品安全等領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制、在線檢測(cè)、故障診斷等方面，得到了卓有成效的發(fā)展和推廣。
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光纖水傳感器：一種光纖水質(zhì)傳感器
摘要：
本實(shí)用新型提供一種光纖水質(zhì)傳感器,包括取樣容器,過(guò)濾器安裝座,吊環(huán),浮球,配重塊,繩索等,所述入射光纖接口和出射光纖接口對(duì)稱設(shè)置于取樣容器左右兩側(cè),所述取樣容器上部和下部分別設(shè)有一個(gè)過(guò)濾器安裝座,所述過(guò)濾器安裝座內(nèi)設(shè)有過(guò)濾器,所述入射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡設(shè)置于入射光纖接口處,所述出射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡設(shè)置于出射光纖接口處,所述入射光纖連接入射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡,出射光纖連接出射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡,兩個(gè)所述過(guò)濾器安裝座的左右兩側(cè)均設(shè)有吊環(huán),其中一個(gè)過(guò)濾器安裝座上的吊環(huán)通過(guò)繩索連接浮球,另一個(gè)過(guò)濾器安裝座上的吊環(huán)通過(guò)繩索連接配重塊.使用時(shí)光纖不直接承重,光纖不易受損或松動(dòng),配重塊的增加可以在水流不穩(wěn)定時(shí)增加穩(wěn)定性.
展開(kāi)
光纖水傳感器：一種光纖水質(zhì)傳感器的制作方法
導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>測(cè)量裝置的制造及其應(yīng)用技術(shù)>一種光纖水質(zhì)傳感器的制作方法
技術(shù)編號(hào)：
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一種光纖水質(zhì)傳感器[0001]本實(shí)用新型屬于傳感器，尤其涉及一種光纖水質(zhì)傳感器。背景技術(shù)[0002]隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，水環(huán)境污染情況越發(fā)嚴(yán)重，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行有效檢測(cè)尤為迫切。水質(zhì)的好壞一般用水質(zhì)參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)，目前水質(zhì)參數(shù)指標(biāo)檢測(cè)常規(guī)方法包括化學(xué)分析法、分光光度計(jì)法、原子光譜法、質(zhì)譜法等。化學(xué)分析法主要通過(guò)采樣后化學(xué)滴定，基于物質(zhì)之間的反應(yīng)，間接獲得待測(cè)物含量，檢測(cè)繁瑣，檢測(cè)周期為長(zhǎng)，同時(shí)會(huì)帶來(lái)二次污染；分光光度計(jì)法主要是基于朗伯比爾定律，通過(guò)定標(biāo)實(shí)驗(yàn)建立特定...
該技術(shù)已申請(qǐng)專利，請(qǐng)尊重研發(fā)人員的辛勤研發(fā)付出，在未取得專利權(quán)人授權(quán)前，僅供技術(shù)研究參考不得用于商業(yè)用途。
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光纖傳感器
（光信號(hào)的傳感器）
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本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫(xiě)與應(yīng)用工作項(xiàng)目
審核
。
光纖傳感器是一種將被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的光信號(hào)的傳感器。光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經(jīng)由光纖送入調(diào)制器，在調(diào)制器內(nèi)與外界被測(cè)參數(shù)的相互作用， 使光的光學(xué)性質(zhì)如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制的光信號(hào)，再經(jīng)過(guò)光纖送入光電器件、經(jīng)解調(diào)器后獲得被測(cè)參數(shù)。整個(gè)過(guò)程中，光束經(jīng)由光纖導(dǎo)入，通過(guò)調(diào)制器后再射出，其中光纖的作用首先是傳輸光束，其次是起到光調(diào)制器的作用。
[1]
中文名
光纖傳感器
外文名
fibre optic sensor
直 徑
125 μm
壓力范圍
±300 mmHg
決 心
<0.4 mmHg
零熱效應(yīng)
0.4 mmHg / °C
運(yùn)行溫度
10 – 50°C
特 點(diǎn)
安裝簡(jiǎn)單，電路連接更簡(jiǎn)單容易
目錄
1
發(fā)展方向
2
原理
3
性能
4
特點(diǎn)
5
分類
?
功能型
?
非功能光纖型
?
布拉格光柵
?
傳光型光纖
6
應(yīng)用
7
案例
?
土木工程領(lǐng)域
?
檢測(cè)技術(shù)
?
石油工業(yè)
?
溫度測(cè)量
?
楊氏模量
8
環(huán)境分析
9
行業(yè)分析
10
組成結(jié)構(gòu)
11
發(fā)展前景
光纖傳感器發(fā)展方向
編輯
語(yǔ)音
傳感器在朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過(guò)程中，光纖傳感器這個(gè)傳感器家族的新成員備受青睞。光纖具有很多優(yōu)異的性能，例如：具有抗電磁和原子輻射干擾的性能，徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能；絕緣、無(wú)感應(yīng)的電氣性能；耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等，它能夠在人達(dá)不到的地方（如高溫區(qū)），或者對(duì)人有害的地區(qū)（如核輻射區(qū)），起到人的耳目的作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。特點(diǎn)1、因反射體中使用了棱鏡，所以與通用的反射型光控傳感器器相比，其檢測(cè)性能更高、更可靠2 、與分離式光控傳感器相比，電路連接更簡(jiǎn)單容易。3、 子母扣嵌入式的設(shè)計(jì)，安裝更為簡(jiǎn)單用途1、用于電話、網(wǎng)絡(luò)寬帶等數(shù)字型號(hào)傳輸。2、用于自動(dòng)售貨機(jī)、金融終端有關(guān)的設(shè)備、點(diǎn)鈔機(jī)的紙幣、卡、硬幣、存折等的通過(guò)情況3、用于自動(dòng)化設(shè)備上產(chǎn)品定位、計(jì)數(shù)、識(shí)別。
[2]
光纖傳感器原理
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語(yǔ)音
光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號(hào)光，再利用被測(cè)量對(duì)光的傳輸特性施加的影響，完成測(cè)量。光纖傳感器的測(cè)量原理有兩種。（1）物性型光纖傳感器原理，物性型光纖傳感器是利用光纖對(duì)環(huán)境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。其工作原理基于光纖的光調(diào)制效應(yīng)，即光纖在外界環(huán)境因素，如溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等等改變時(shí)，其傳光特性，如相位與光強(qiáng)，會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。因此，如果能測(cè)出通過(guò)光纖的光相位、光強(qiáng)變化，就可以知道被測(cè)物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型光纖傳感器。激光器的點(diǎn)光源光束擴(kuò)散為平行波，經(jīng)分光器分為兩路，一為基準(zhǔn)光路，另一為測(cè)量光路。外界參數(shù)(溫度、壓力、振動(dòng)等)引起光纖長(zhǎng)度的變化和相位的光相位變化，從而產(chǎn)生不同數(shù)量的干涉條紋，對(duì)它的模向移動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可測(cè)量溫度或壓等。（2）結(jié)構(gòu)型光纖傳感器原理，結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測(cè)元件(敏感元件)與光纖傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。
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光纖傳感器性能
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語(yǔ)音
光纖具有很多優(yōu)異的性能，例如：具有抗電磁和原子輻射干擾的性能，徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能;絕緣、無(wú)感應(yīng)的電氣性能;耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等，它能夠在人達(dá)不到的地方，或者對(duì)人有害的地區(qū)(如核輻射區(qū))，起到人的耳目的作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
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光纖傳感器特點(diǎn)
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語(yǔ)音
一、靈敏度較高；二、幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性，可以制成任意形狀的光纖傳感器；三、可以制造傳感各種不同物理信息（聲、磁、溫度、旋轉(zhuǎn)等）的器件；四、可以用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕、或其它的惡劣環(huán)境；五、而且具有與光纖遙測(cè)技術(shù)的內(nèi)在相容性。光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)的各類傳感器相比，光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)，具有光纖及光學(xué)測(cè)量的特點(diǎn)，有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。電絕緣性能好，抗電磁干擾能力強(qiáng)，非侵入性，高靈敏度，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控，耐腐蝕，防爆，光路有可撓曲性，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)接。傳感器朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展，它能夠在人達(dá)不到的地方（如高溫區(qū)或者對(duì)人有害的地區(qū)，如核輻射區(qū)），起到人的耳目作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
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光纖傳感器分類
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語(yǔ)音
根據(jù)光受被測(cè)對(duì)象的調(diào)制形式可以分為：強(qiáng)度調(diào)制型、偏振態(tài)制型、相位制型、頻率制型；根據(jù)光是否發(fā)生干涉可分為：干涉型和非干涉型；根據(jù)是否能夠隨距離的增加連續(xù)地監(jiān)測(cè)被測(cè)量可分為：分布式和點(diǎn)分式；根據(jù)光纖在傳感器中的作用可以分為：一類是功能型（Functional Fiber，縮寫(xiě)為FF)傳感器，又稱為傳感型傳感器； 另一類是非功能型（Non Functional Fiber縮寫(xiě)為NFF)，又稱為傳光型傳感器。
[3]
光纖傳感器功能型
功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件， 被測(cè)量對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制， 使傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化， 再通過(guò)對(duì)被調(diào)制過(guò)的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)， 從而得出被測(cè)信號(hào)。光纖在其中不僅是導(dǎo)光媒質(zhì)，而且也是敏感元件，光在光纖內(nèi)受被測(cè)量調(diào)制，多采用多模光纖。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高。缺點(diǎn)：須用特殊光纖，成本高，典型例子：光纖陀螺、光纖水聽(tīng)器等。
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光纖傳感器非功能光纖型
非功能型光纖傳感器是利用其它敏感元件感受被測(cè)量的變化， 光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì)，常采用單模光纖。光纖在其中僅起導(dǎo)光作用，光照在光纖型敏感元件上受被測(cè)量調(diào)制。優(yōu)點(diǎn)：光纖即可用于電氣隔離，有用于數(shù)據(jù)傳輸，且光纖傳輸?shù)男盘?hào)不受電磁干擾的影響。實(shí)用化的大都是非功能型的光纖傳感器。AnyWay的變頻電壓傳感器、變頻電流傳感器、變頻功率傳感器（一種電壓、電流組合式傳感器）就屬于非功能型的光纖傳感器，在復(fù)雜電磁環(huán)境下的電量測(cè)量中，有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。光纖傳感器是最近幾年出現(xiàn)的新技術(shù)，可以用來(lái)測(cè)量多種物理量，比如聲場(chǎng)、電場(chǎng)、壓力、溫度、角速度、加速度等，還可以完成現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)難以完成的測(cè)量任務(wù)。在狹小的空間里，在強(qiáng)電磁干擾和高電壓的環(huán)境里，光纖傳感器都顯示出了獨(dú)特的能力。光纖傳感器有70多種，大致上分成光纖自身傳感器和利用光纖的傳感器。所謂光纖自身的傳感器，就是光纖自身直接接收外界的被測(cè)量。外接的被測(cè)量物理量能夠引起測(cè)量臂的長(zhǎng)度、折射率、直徑的變化，從而使得光纖內(nèi)傳輸?shù)墓庠谡穹⑾辔弧㈩l率、偏振等方面發(fā)生變化。測(cè)量臂傳輸?shù)墓馀c參考臂的參考光互相干涉（比較），使輸出的光的相位(或振幅)發(fā)生變化，根據(jù)這個(gè)變化就可檢測(cè)出被測(cè)量的變化。光纖中傳輸?shù)南辔皇芡饨缬绊懙撵`敏度很高，利用干涉技術(shù)能夠檢測(cè)出10的負(fù)4次方弧度的微小相位變化所對(duì)應(yīng)的物理量。利用光纖的繞性和低損耗，能夠?qū)⒑荛L(zhǎng)的光纖盤(pán)成直徑很小的光纖圈，以增加利用長(zhǎng)度，獲得更高的靈敏度。光纖聲傳感器就是一種利用光纖自身的傳感器。當(dāng)光纖受到一點(diǎn)很微小的外力作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生微彎曲，而其傳光能力發(fā)生很大的變化。聲音是一種機(jī)械波，它對(duì)光纖的作用就是使光纖受力并產(chǎn)生彎曲，通過(guò)彎曲就能夠得到聲音的強(qiáng)弱。光纖陀螺也是光纖自身傳感器的一種，與激光陀螺相比，光纖陀螺靈敏度高，體積小，成本低，可以用于飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等的高性能慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。。
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光纖傳感器布拉格光柵
光纖布拉格光柵傳感器的工作原理
光纖布拉格光柵傳感器（FBS）是一種使用頻率最高，范圍最廣的光纖傳感器，這種傳感器能根據(jù)環(huán)境溫度以及/或者應(yīng)變的變化來(lái)改變其反射的光波的波長(zhǎng)。光纖布拉格光柵是通過(guò)全息干涉法或者相位掩膜法來(lái)將一小段光敏感的光纖暴露在一個(gè)光強(qiáng)周期分布的光波下面。這樣光纖的光折射率就會(huì)根據(jù)其被照射的光波強(qiáng)度而永久改變。這種方法造成的光折射率的周期性變化就叫做光纖布拉格光柵。當(dāng)一束廣譜的光束被傳播到光纖布拉格光柵的時(shí)候，光折射率被改變以后的每一小段光纖就只會(huì)反射一種特定波長(zhǎng)的光波，這個(gè)波長(zhǎng)稱為布拉格波長(zhǎng)，這種特性就使光纖布拉格光柵只反射一種特定波長(zhǎng)的光波，而其它波長(zhǎng)的光波都會(huì)被傳播。按光纖在光纖傳感器中的作用可分為傳感型和傳光型兩種類型。傳感型光纖傳感器的光纖不僅起傳遞光作用，同時(shí)又是光電敏感元件。由于外界環(huán)境對(duì)光纖自身的影響，待測(cè)量的物理量通過(guò)光纖作用于傳感器上，使光波導(dǎo)的屬性(光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等)被調(diào)制。傳感器型光纖傳感器又分為光強(qiáng)調(diào)制型、相位調(diào)制型、振態(tài)調(diào)制型和波長(zhǎng)調(diào)制型等。
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光纖傳感器傳光型光纖
傳光型光纖傳感器是將經(jīng)過(guò)被測(cè)對(duì)象所調(diào)制的光信號(hào)輸入光纖后，通過(guò)在輸出端進(jìn)行光信號(hào)處理而進(jìn)行測(cè)量的，這類傳感器帶有另外的感光元件對(duì)待測(cè)物理量敏感，光纖僅作為傳光元件，必須附加能夠?qū)饫w所傳遞的光進(jìn)行調(diào)制的敏感元件才能組成傳感元件。光纖傳感器根據(jù)其測(cè)量范圍還可分為點(diǎn)式光纖傳感器、積分式光纖傳感器、分布式光纖傳感器三種。其中，分布式光纖傳感器被用來(lái)檢測(cè)大型結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布，可以快速無(wú)損測(cè)量結(jié)構(gòu)的位移、內(nèi)部或表面應(yīng)力等重要參數(shù)。用于土木工程中的光纖傳感器類型主要有Math-Zender干涉型光纖傳感器，F(xiàn)abry-pero腔式光纖傳感器，光纖布喇格光柵傳感器等。光纖傳感器的輕巧性、耐用性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，使其能夠方便的應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)和混凝土等各種建筑材料的內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變檢測(cè)。實(shí)現(xiàn)的建筑結(jié)構(gòu)的健康檢測(cè)。光纖傳感器的另外一個(gè)大類是利用光纖的傳感器。其結(jié)構(gòu)大致如下：傳感器位于光纖端部，光纖只是光的傳輸線，將被測(cè)量的物理量變換成為光的振幅，相位或者振幅的變化。在這種傳感器系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的傳感器和光纖相結(jié)合。光纖的導(dǎo)入使得實(shí)現(xiàn)探針化的遙測(cè)提供了可能性。這種光纖傳輸?shù)膫鞲衅鬟m用范圍廣，使用簡(jiǎn)便，但是精度比第一類傳感器稍低。光纖在傳感器家族中是后起之秀，它憑借著光纖的優(yōu)異性能而得到廣泛的應(yīng)用，是在生產(chǎn)實(shí)踐中值得注意的一種傳感器。光纖傳感器憑借著其大量的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為傳感器家族的后起之秀，并且在各種不同的測(cè)量中發(fā)揮著自己獨(dú)到的作用，成為傳感器家族中不可缺少的一員。
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光纖傳感器應(yīng)用
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語(yǔ)音
絕緣于污穢、磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉(zhuǎn)矩、光聲、電流，光纖傳感器可用于位移、震動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、壓力、彎曲、應(yīng)變、速度、加速度、電流、磁場(chǎng)、電壓、濕度、溫度、聲場(chǎng)、流量、濃度、PH值和應(yīng)變等物理量的測(cè)量。光纖傳感器的應(yīng)用范圍很廣，幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防上所有重要領(lǐng)域和人們的日常生活，尤其可以安全有效地在惡劣環(huán)境中使用，解決了許多行業(yè)多年來(lái)一直存在的技術(shù)難題，具有很大的市場(chǎng)需求。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的應(yīng)用：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)的溫度檢測(cè)等，由于電類傳感器易受電磁場(chǎng)的干擾，無(wú)法在這類場(chǎng)合中使用，只能用光纖傳感器。分布式光纖溫度傳感器是近幾年發(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)，分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)不僅具有普遍光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)，還具有對(duì)光纖沿線各點(diǎn)的溫度的分布傳感能力，利用這種特點(diǎn)我們可以連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量光纖沿線幾公里內(nèi)各點(diǎn)溫度，定位精度可達(dá)米的量級(jí)，測(cè)量精度可達(dá)1度的水平，非常適用大范圍交點(diǎn)測(cè)溫的應(yīng)用場(chǎng)合。此外，光纖傳感器還可以應(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。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)、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。
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光纖傳感器案例
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語(yǔ)音
光纖傳感器土木工程領(lǐng)域
隨著光纖傳感器技術(shù)的發(fā)展，在土木工程領(lǐng)域光纖傳感器得到了廣泛的應(yīng)用，用來(lái)測(cè)量混凝土結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)部應(yīng)力，檢測(cè)大型結(jié)構(gòu)、橋梁健康狀況等，其中最主要的都是將光纖傳感器作為一種新型的應(yīng)變傳感器使用。光纖傳感器可以黏貼在結(jié)構(gòu)物表面用于測(cè)量，同時(shí)也可以通過(guò)預(yù)埋實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部物理量的測(cè)量。利用預(yù)先埋入的光纖傳感器，可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷過(guò)程中內(nèi)部應(yīng)變的測(cè)量，再根據(jù)荷載－應(yīng)變關(guān)系曲線斜率，可確定結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的形成和擴(kuò)展方式。通過(guò)混凝土實(shí)驗(yàn)表明，光纖測(cè)試的載荷－應(yīng)變曲線比應(yīng)變片測(cè)試的線性度高。
[5]
光纖傳感器檢測(cè)技術(shù)
光纖傳感器在航天（飛機(jī)及航天器各部位壓力測(cè)量、溫度測(cè)量、陀螺等）、航海（聲納等）、石油開(kāi)采（液面高度、流量測(cè)量、二相流中空隙度的測(cè)量）、電力傳輸（高壓輸電網(wǎng)的電流測(cè)量、電壓測(cè)量）、核工業(yè)（放射劑量測(cè)量、原子能發(fā)電站泄露劑量監(jiān)測(cè)）、醫(yī)療（血液流速測(cè)量、血壓及心音測(cè)量）、科學(xué)研究（地球自轉(zhuǎn)）等眾多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。
[5]
光纖傳感器石油工業(yè)
在石油測(cè)井技術(shù)中，可以利用光纖傳感器實(shí)現(xiàn)井下石油流量、溫度、壓力和含水率等物理量的測(cè)量。較成熟的應(yīng)用是采用非本征光纖F—P腔傳感器測(cè)量井下的壓力和溫度。非本征光纖F-P腔傳感器利用光的多光束干涉原理，當(dāng)被測(cè)的溫度或者壓力發(fā)生變化時(shí)干涉條紋改變，光纖F—P腔的腔長(zhǎng)也隨之發(fā)生變化，通過(guò)計(jì)算腔長(zhǎng)的變化實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的測(cè)量。
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光纖傳感器溫度測(cè)量
光纖傳感技術(shù)是伴隨光通信的迅速發(fā)展而形成的新技術(shù)。在光通信系統(tǒng)中，光纖是光波信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸?shù)拿劫|(zhì)。當(dāng)光波在光纖中傳輸時(shí)，表征光波的相位、頻率、振幅、偏振態(tài)等特征參量，會(huì)因溫度、壓力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等外界因素的作用而發(fā)生變化，故可以將光纖用作傳感器元件，探測(cè)導(dǎo)致光波信號(hào)變化的各種物理量的大小，這就是光纖傳感器。利用外界因素引起光纖相位變化來(lái)探測(cè)物理量的裝置，稱為相位調(diào)制傳感型光纖傳感器，其他還有振幅調(diào)制傳感型、偏振態(tài)調(diào)制型、傳光型等各種光纖傳感器。
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光纖傳感器楊氏模量
采用傳感器測(cè)量?jī)x代替光杠桿鏡尺組組成新的楊氏模量測(cè)量系統(tǒng)，不僅操作簡(jiǎn)短，而且提高了測(cè)量結(jié)果的精確度和準(zhǔn)確度。金屬絲傳統(tǒng)的拉伸法的基本原理是將金屬絲受到砍碼的作用力后的微小伸長(zhǎng)形變量通過(guò)鏡尺組的光路轉(zhuǎn)換而將之放大若干倍數(shù)，從而得到微小伸長(zhǎng)，再通過(guò)計(jì)算得到楊氏模量值。而自從有了傳感器，我們把光纖傳感器測(cè)量新方法和上述方法對(duì)比，光纖傳感器的測(cè)量在靈敏度、精確度及準(zhǔn)確度上都有提高。紅外光測(cè)距系統(tǒng)測(cè)量的基本原理為采用紅外光光纖傳感器直接測(cè)量微小位移，紅外光光纖傳感器對(duì)于3mm以內(nèi)的微小距離測(cè)量的線性度是非常高的。系統(tǒng)由傳感器測(cè)量?jī)x與反射式光纖位移傳感器組成．反射式光纖位移傳感器的工作原理是采用兩束多模光纖，一端合并組成光纖探頭，另一端分為兩束，分別作為接收光纖和光源光纖。當(dāng)光發(fā)射器發(fā)生的紅外光，經(jīng)光源光纖照射至反射體，被反射的光經(jīng)接收光纖，傳至光電轉(zhuǎn)換元件將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。其輸出的光強(qiáng)與反射體距光纖探頭的距離之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，所以可通過(guò)對(duì)光強(qiáng)的檢測(cè)得到位移量。在楊氏模量?jī)x的金屬絲處的圓柱體上利用磁鐵固定鍍鎳反射金屬片，使其能隨鋼絲伸長(zhǎng)而移動(dòng)。在支架臺(tái)上固定紅外傳感器，而后在傳感器測(cè)量?jī)x上通過(guò)改變位移將實(shí)驗(yàn)得到的電勢(shì)差值，通過(guò)多次測(cè)試，既轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器測(cè)量?jī)x自帶的螟旋測(cè)微儀，也即改變探頭與金屬片的距離和位置，當(dāng)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)記錄的鋼絲仲長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的電勢(shì)差值時(shí)，記錄此時(shí)的螺旋測(cè)微儀讀數(shù)。測(cè)試表明采用紅外光測(cè)距此方法操作簡(jiǎn)單。只需將探頭和反射片安裝好后就可以直接開(kāi)始在托盤(pán)上加法碼實(shí)際測(cè)量了，側(cè)量的結(jié)果是明顯優(yōu)于傳統(tǒng)測(cè)試。
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光纖傳感器環(huán)境分析
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隨著中國(guó)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用環(huán)境的不斷發(fā)展，儀器儀表行業(yè)日新月異，當(dāng)前儀器儀表行業(yè)面臨新的發(fā)展，這一行業(yè)的十二五規(guī)劃(草案)，也根據(jù)新時(shí)期的要求，提出了重點(diǎn)發(fā)展的若干關(guān)鍵技術(shù)，這對(duì)行業(yè)未來(lái)發(fā)展無(wú)疑有著重要的指導(dǎo)意義。新型傳感器技術(shù)包括固態(tài)硅傳感器技術(shù)、光纖傳感技術(shù)、生物芯片技術(shù)、基因芯片技術(shù)、圖像傳感器技術(shù)、全固態(tài)慣性傳感器技術(shù)等。“十二五”將以智能傳感器作為重點(diǎn)，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。在光纖傳感領(lǐng)域，重點(diǎn)發(fā)展新原理、新效應(yīng)的傳感技術(shù)，傳感器智能技術(shù)，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，微型化和低功耗技術(shù)以及傳感器陣列及多功能多參數(shù)設(shè)計(jì)、制造和封裝技術(shù)。目前有數(shù)百個(gè)單位在這一領(lǐng)域開(kāi)展工作，如清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、天津大學(xué)、重慶大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等，他們?cè)诠饫w溫度傳感器、壓力計(jì)、流量計(jì)、液位計(jì)、電流計(jì)等領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究。此外，在武漢、上海、廣東、深圳等地，還建立了許多光纖無(wú)源器件生產(chǎn)廠家，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1200億元以上。(一)影響行業(yè)發(fā)展的有利因素分析國(guó)家科委于1987年4月制定的《傳感器發(fā)展政策》白皮書(shū)確定了必須大力發(fā)展傳感器技術(shù)，特別是要把新型傳感器技術(shù)作為優(yōu)先領(lǐng)域予以發(fā)展。1991年 12月30日《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的十年規(guī)劃和八五計(jì)劃的建議》中第21條明確了要大力加強(qiáng)傳感器的開(kāi)發(fā)和在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的普遍應(yīng)用。(二)影響行業(yè)發(fā)展的不利因素分析雖然光纖傳感器技術(shù)在實(shí)際檢測(cè)中取得了一些應(yīng)用，但仍存在一些問(wèn)題，如光纖埋入結(jié)構(gòu)的工藝問(wèn)題，雖然可以通過(guò)安裝方式得到改善，但同時(shí)也導(dǎo)致了應(yīng)變要先經(jīng)過(guò)金屬傳遞，然后再由光纖間接感應(yīng)到應(yīng)變，因此需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)修正才能夠進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。同時(shí)光纖傳感器的輸出信號(hào)會(huì)受到光源波動(dòng)、光纖傳輸損耗變化、探測(cè)器老化等因素的影響，這些因素都會(huì)降低光纖傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性。再者目前光纖傳感器實(shí)用性還有待開(kāi)發(fā)，同時(shí)其制作成本相當(dāng)昂貴。目前光纖傳感器很大一部分產(chǎn)品還在實(shí)驗(yàn)室階段，因此需要將實(shí)驗(yàn)結(jié)果盡快投入到使用中去。隨著市場(chǎng)逐漸開(kāi)放和中國(guó)投資環(huán)境的改善以及全球化經(jīng)濟(jì)的進(jìn)程加速，各國(guó)傳感器廠家紛紛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，這加劇了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。中國(guó)本土傳感器技術(shù)水平與世界水平相比仍存在很大差距，這種差距一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后，另一方面則表現(xiàn)為傳感器自身在智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面的技術(shù)落后。國(guó)產(chǎn)企業(yè)形成了“外強(qiáng)中干”的局面，不僅失去了中高端產(chǎn)品市場(chǎng)，而且直接導(dǎo)致自己能生產(chǎn)的產(chǎn)品品種單一，同質(zhì)化嚴(yán)重，國(guó)產(chǎn)傳感器價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，但質(zhì)量上與國(guó)外產(chǎn)品相比仍存在一定差距，一般應(yīng)用在對(duì)信號(hào)要求不高的區(qū)域。
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光纖傳感器行業(yè)分析
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光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化，成為被調(diào)制的信號(hào)光，在經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測(cè)參數(shù)。由于在傳統(tǒng)終端市場(chǎng)的應(yīng)用可能性擴(kuò)大以及新應(yīng)用領(lǐng)域的新興機(jī)會(huì)所推動(dòng)，2013年全球光纖傳感器市場(chǎng)規(guī)模為18.9億美元。預(yù)計(jì)，到2020年，全球光纖傳感器市場(chǎng)預(yù)計(jì)達(dá)35億美元（約合人民幣217.2億元）。傳統(tǒng)終端市場(chǎng)包括航空航天、國(guó)防、石油天然氣開(kāi)采、基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展和電信行業(yè)。傳統(tǒng)終端市場(chǎng)的發(fā)展將繼續(xù)推進(jìn)全球光纖傳感器市場(chǎng)的增長(zhǎng)。通信行業(yè)從3G到4G網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)過(guò)渡、關(guān)注智能結(jié)構(gòu)的增長(zhǎng)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的新興增長(zhǎng)、石油天然氣領(lǐng)域的發(fā)展都為市場(chǎng)增長(zhǎng)提供了重要機(jī)遇。尤其是在新興市場(chǎng)中，如中國(guó)和印度，增長(zhǎng)的制造活動(dòng)、上升的汽車需求、穩(wěn)定的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)活動(dòng)以及國(guó)防支出的增加，都成為全球光纖傳感器行業(yè)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)因素。
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光纖傳感器組成結(jié)構(gòu)
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光纖傳感器網(wǎng)的三種基本構(gòu)成。光纖傳感器網(wǎng)有三種基本構(gòu)成，其中一個(gè)叫單點(diǎn)式傳感器。一根光纖在這里僅僅起到傳輸?shù)淖饔茫硗庖环N叫多點(diǎn)式傳感器，在這里一根光纖把很多傳感器串起來(lái)，這樣很多傳感器可以共用光源實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性監(jiān)測(cè)。再有就是智能光纖傳感器。多點(diǎn)式光纖傳感器，從外表看就是一節(jié)光柵，通過(guò)紫外線照射發(fā)現(xiàn)有周期性的間隔。當(dāng)有光纖入射的時(shí)候，如果光纖的波長(zhǎng)正好等于間隔的兩倍，那么這個(gè)光波將會(huì)受到強(qiáng)烈的反射，而如果光纖受到溫度變化或者應(yīng)變等等，這個(gè)反射波長(zhǎng)將會(huì)發(fā)生變化，這種傳感器在一根光纖上可以做很多個(gè)，把它連接起來(lái)就可以用于各種各樣的傳感應(yīng)用。因?yàn)楣饫w是軟的，它可以兩維、三維，所以橫軸是空間的位置，縱軸是測(cè)量對(duì)象。這樣一個(gè)傳感網(wǎng)解決了什么問(wèn)題呢?它解決了在什么位置上發(fā)生了什么事情，那個(gè)事情有多少個(gè)強(qiáng)度的問(wèn)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(wèn)題，它有非常突出的特點(diǎn)要求，包括體積小、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好，可植入材料中。抗電磁干擾、耐環(huán)境。
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光纖傳感器已經(jīng)成功應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。我們看到A-380和波音787，它們的特點(diǎn)是超過(guò)一半數(shù)量是碳纖維，比如說(shuō)碳纖維符合樹(shù)脂有幾種缺失，一個(gè)是層與層之間的剝離，由于這種材料比較強(qiáng)，所以很難像鋁合金材料那樣實(shí)行碳酸檢測(cè)，所以研究人員現(xiàn)在開(kāi)始研究把光纖傳感器埋到復(fù)合材料當(dāng)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(xì)小的光纖傳感器，大概直徑在50個(gè)微米左右。我們說(shuō)光纖傳感器網(wǎng)可以成為安全安心社會(huì)的神經(jīng)網(wǎng)。光纖傳感器網(wǎng)可以用于光纖通訊網(wǎng)的診斷技術(shù)。光纖傳感器網(wǎng)在安防方面已經(jīng)有很多的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)有很多企業(yè)在這方面開(kāi)展了卓有成效的工作。
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光纖傳感器發(fā)展前景
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國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，應(yīng)用最為廣泛的光纖傳感技術(shù)當(dāng)屬布拉格光纖光柵和基于光時(shí)域反射的分布式傳感器，這種技術(shù)基本上可以滿足中低端市場(chǎng)的需求。而現(xiàn)在光譜線寬窄至2kHz的單頻光纖激光器及其引申出來(lái)的最新一代光傳感技術(shù)，這與傳統(tǒng)的光纖傳感有很大的區(qū)別，它可以進(jìn)行超遠(yuǎn)距離的傳輸，精度和敏感度能達(dá)到更高的要求，這在高端市場(chǎng)上需求很大，21世紀(jì)初，該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚處于立項(xiàng)和預(yù)研階段。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上光纖傳感器應(yīng)用主要在以下四種：光纖陀螺、光纖光柵傳感器、光纖電流傳感器和光纖水聽(tīng)器。下面對(duì)這四種產(chǎn)品分別介紹一下。一、光纖陀螺。 光纖陀螺按原理可分為干涉型、諧振型和布里淵型，這是三代光纖陀螺的代表。第一代干涉型光纖陀螺，21實(shí)際初期，該項(xiàng)技術(shù)就已經(jīng)成熟，適合進(jìn)行批量生產(chǎn)和商品化；第二代諧振型光纖陀螺，暫時(shí)還處于實(shí)驗(yàn)室研究向?qū)嵱没七M(jìn)的發(fā)展階段；第三代布里淵型，它還處于理論研究階段。光纖陀螺結(jié)構(gòu)根據(jù)所采用的光學(xué)元件有三種實(shí)現(xiàn)方法：小型分立元件系統(tǒng)、全光纖系統(tǒng)和集成光學(xué)元件系統(tǒng)。21世紀(jì)初期，分立光學(xué)元件技術(shù)已經(jīng)基本退出，全光纖系統(tǒng)用在開(kāi)環(huán)低精度、低成本的光纖陀螺中，集成光學(xué)器件陀螺由于其工藝簡(jiǎn)單、總體重復(fù)性好、成本低，所以在高精度光纖陀螺很受歡迎，是其主要實(shí)現(xiàn)方法。二、光纖光柵傳感器。 目前國(guó)內(nèi)外傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一光纖布拉格光柵傳感器。傳統(tǒng)光纖傳感器基本上可分為兩種類型：光強(qiáng)型和干涉型。光強(qiáng)型傳感器的缺點(diǎn)在于光源不穩(wěn)定，而且光纖損耗和探測(cè)器容易老化；干涉型傳感器由于要求兩路干涉光的光強(qiáng)同等，所以 需要固定參考點(diǎn)而導(dǎo)致應(yīng)用不方便。21世紀(jì)初期開(kāi)發(fā)的以光纖布拉格光柵為主的光纖光柵傳感器可以避免出現(xiàn)上面兩種情況，其傳感信號(hào)為波長(zhǎng)調(diào)制、復(fù)用能力強(qiáng)。在建筑健康檢測(cè)、沖擊檢測(cè)、形狀控制和振動(dòng)阻尼檢測(cè)等應(yīng)用中，光纖光柵傳感器是最理想的靈敏元件。光纖光柵傳感器在地球動(dòng)力學(xué)、航天器、電力工業(yè)和化學(xué)傳感中有廣泛的應(yīng)用。三、光纖電流傳感器。電力工業(yè)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)電力傳輸系統(tǒng)容量不斷增加，運(yùn)行電壓等級(jí)也越來(lái)越高，電流也越來(lái)越大，這樣測(cè)量起來(lái)就非常困難，這就顯現(xiàn)出光纖電流傳感器的優(yōu)點(diǎn)了。在電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的用來(lái)測(cè)量電流的傳感器是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)，這就存在以下缺點(diǎn)：它容易爆炸以至引起災(zāi)難性事故；大故障電流會(huì)造成鐵芯磁飽和；鐵芯發(fā)生共振效應(yīng)；頻率響應(yīng)慢；測(cè)量精度低；信號(hào)易受干擾；體積重量大、價(jià)格昂貴等等，已經(jīng)很難滿足新一代數(shù)字電力網(wǎng)的發(fā)展需要。這個(gè)時(shí)候光纖電流傳感器應(yīng)運(yùn)而生。四、光纖水聽(tīng)器。 光纖水聽(tīng)器主要用來(lái)測(cè)量水下聲信號(hào)，它通過(guò)高靈敏度的光纖相干檢測(cè)，將水聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并通過(guò)光纖傳至信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別。與傳統(tǒng)水聽(tīng)器相比，光纖水聽(tīng)器具有靈敏度高、響應(yīng)帶寬寬、不受電磁干擾等特點(diǎn)，廣泛用于軍事和石油勘探、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α９饫w水聽(tīng)器按原理可分為干涉型、強(qiáng)度型、光柵型等。干涉型光纖水聽(tīng)器關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成熟，在部分領(lǐng)域形成產(chǎn)品；光纖光柵水聽(tīng)器則是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，研究的關(guān)鍵技術(shù)涉及光源、光纖器件、探頭技術(shù)、抗偏振衰落技術(shù)、抗相位衰落技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)以及工程技術(shù)等。光纖傳感器技術(shù)是建立在光纖、光通信和光電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，電磁干擾和腐蝕作用對(duì)它的影響很小，還能適應(yīng)各種惡劣的氣象環(huán)境，不要額外的電源進(jìn)行供電，就可以長(zhǎng)距離的進(jìn)行傳輸，已成為傳感器行業(yè)的研究熱點(diǎn)。傳感器一直朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過(guò)程中，光纖傳感器這個(gè)傳感器家族的新成員倍卻是備受青睞。光纖具有很多優(yōu)異的性能，例如：抗電磁干擾和原子輻射的性能。光纖傳感器應(yīng)用于對(duì)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。其應(yīng)用范圍十分廣泛。因此我們可以說(shuō)光纖傳感器具有很大的市場(chǎng)需求，不說(shuō)長(zhǎng)久，至少在未來(lái)5年，光纖傳感器將會(huì)有廣闊的發(fā)展前景。光纖傳感技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，滿足了各類控制裝置及系統(tǒng)對(duì)信息的獲取與傳輸提出的更高要求，使得各領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，作為系統(tǒng)信息獲取與傳輸核心器件的光纖傳感器的研究非常重要。光纖傳感器技術(shù)發(fā)展的主要方向是：（1）多用途。即一種光纖傳感器不僅只針對(duì)一種物理量，要能夠?qū)Χ喾N物理量進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。（2）提高分布式傳感器的空間分辨率、靈敏度，降低其成本，設(shè)計(jì)復(fù)雜的傳感器網(wǎng)絡(luò)工程。注意分布式傳感器的參數(shù)，即壓力、溫度，特別是化學(xué)參數(shù)（碳?xì)浠衔铩⒁恍┪廴疚铩穸取H值等）對(duì)光纖的影響。（3）新型傳感材料、傳感技術(shù)等的開(kāi)發(fā)。（4）在惡劣條件下（高溫、高壓、化學(xué)腐蝕）低成本傳感器（支架、連接、安裝）的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。（5）光纖連接器及與其它微技術(shù)結(jié)合的微光學(xué)技術(shù)。光纖傳感運(yùn)用主要分為五大方向：（1）石油和天然氣——油藏監(jiān)測(cè)井下的P/T傳感、地震陣列、能源工業(yè)、發(fā)電廠、鍋爐及蒸汽渦輪機(jī)、電力電纜、渦輪機(jī)運(yùn)輸、煉油廠；（2）航空航天——噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)身；（3）民用基礎(chǔ)建設(shè)——橋梁、大壩、道路、隧道、滑坡；（4）交通運(yùn)輸——鐵路監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)中的重量、運(yùn)輸安全；（5）生物醫(yī)學(xué)——醫(yī)用溫度壓力、顱內(nèi)壓測(cè)量、微創(chuàng)手術(shù)、一次性探頭。
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一分鐘讀懂光纖傳感器的主要元器件之一——光源
導(dǎo)讀：光纖傳感器所用的光源種類繁多，從白熾光源到激光器的各種光源都采用。今天，我們不討論各種光源的結(jié)構(gòu)及其工作原理，只討論光纖傳感器常用光源的性能，并指出選用光源的基本原則。1.白熾光源這類光源通常為鎢絲燈泡，其輻射近似地為黑體輯射。由斯忒藩-玻爾茲曼定律可知，在2000 ...
2019-10-171
成功的花椰菜
各類傳感器和接近開(kāi)關(guān)的知識(shí)
可用于智能結(jié)構(gòu)的光纖傳感器
目前用于智能結(jié)構(gòu)的光纖傳感器有以下幾種。(1)點(diǎn)式傳感器用于智能結(jié)構(gòu)的點(diǎn)式光纖傳感器主要有:光纖 Fabry-Perot傳感器、光纖 Bragg光柵傳器等。其特點(diǎn)是傳感頭尺寸小,比結(jié)構(gòu)尺寸小很多,只局限于檢測(cè)一個(gè)很小截面內(nèi)的某一參量的值(2)積分式傳感器這種傳感器可用于測(cè)量...
2019-04-170
科技知心語(yǔ)
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光纖傳感器的若干應(yīng)用
利用先進(jìn)的OFS 技術(shù)和光電子技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的儀器儀表進(jìn)行改造，擴(kuò)展功能，可使其具有實(shí)時(shí)、在線、遙測(cè)、連網(wǎng)等先進(jìn)性能& 例如，傳統(tǒng)的盒式壓力計(jì)、雙金屬溫度計(jì)、腰輪流量計(jì)、浮子式液位計(jì)等和光纖傳感技術(shù)相結(jié)合，把測(cè)量結(jié)果變成光信號(hào)，再用光纖傳至控制室，就可利用這些傳統(tǒng)的儀表...
2020-04-130
小王談天地
資深設(shè)備工程師帶你走進(jìn)科學(xué)，耕耘生活！
FS-N基恩士FSN18N光纖開(kāi)關(guān)、光纖傳感器、光纖放大器的使用方法
大家好，這里是小王談天地，我是資深設(shè)備工程師小王，今天我們不談天也不談地，給大家介紹一款常用的光纖開(kāi)關(guān)！歡迎大家關(guān)注、點(diǎn)贊，后期我將持續(xù)為大家介紹工業(yè)常見(jiàn)問(wèn)題故障，還有常用的一些知識(shí)信息，希望能幫到你~廢話不多說(shuō)，我們上圖（光纖開(kāi)關(guān)按鍵介紹）魚(yú)的記憶有三秒鐘，人的記憶只有1...
2020-02-130
自控設(shè)備與PLC
設(shè)備工程師,科技領(lǐng)域創(chuàng)作者
基恩士FS-N18N光纖傳感器感光度異常處理，附基本參數(shù)調(diào)校
基恩士是一家傳感器、激光刻印機(jī)、安全設(shè)備生產(chǎn)公司，成立于1974年5月，總部位于日本大阪。該公司的主要產(chǎn)品有光纖傳感器、軸光纖激光刻印機(jī)、接觸式傳感器、測(cè)量?jī)x器、視覺(jué)系統(tǒng)等。小李公司的放板機(jī)的拍板系統(tǒng)，有的就是用基恩士的光纖傳感器來(lái)檢測(cè)。光纖傳感器是由光纖線和光纖放大器組成...
2020-09-200
參考資料
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