光纤传感器的应用与发展

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1、光纤传感器的应用及发展光纤传感器的应用与发展摘要:本文主要阐述了传光型光纤传感器与传感型光纤传感器的基本原理,及光纤传感器的结构、原理、分类、特点、现状及发展趋，提出了光纤传感技术存在的问题以及发展方向，并介绍了光纤传感器的几种应用。关键词:光纤传感技术调制发展趋势应用举例Abstract:Theprinciplesofsomekindsofopticalfibersensorsareintroduced，andtheopticalfibersensor'sstructure,theprinciple,theclassifica

2、tion,thecharacteristic,thepresentsituationandthedevelopmenthasten.Theproblemsanddevelopingdirectionofopticalfibersensingtechnologyareproposed.Atthesametimeintroducedopticalfibersensor'sseveralkindofapplications.Keywords:fiberopticsensingtechnology；modulation；trendofd

3、evelopment；applicationexample0引言近几年,传感器产量的年增长率均保持在10%以上,目前全球从事传感器生产和研制的单位达5000多家。传感技术作为当今世界迅猛发展起来的技术之一,已经成为一个国家科学技术水平发展的重要标志。光纤传感技术的出现与光导纤维和光纤通信技术的发展是分不开的，是一种崭新的传感技术。光纤传感器是以光纤为材料的传感器。本文阐述了光纤传感技术，及光纤传感器的原理、特点、现状及发展趋势，并介绍了光纤传感器的几种应用。1光纤传感器的基本原理第8页光纤传感器的应用及发展光纤传感器是利用光在光

4、纤中传播特性的变化来检测、量度它所受到的环境变化。通过被测物理量的变化来调制波导中的光波，使光纤中的光波参量随被测物理量的变化而改变，从而求得被测信号的大小。光纤传感技术可分为传光型和传感型两类。光纤传感技术的核心是光纤传感器,相应的光纤传感器也分为传光型光纤传感器和传感型光纤传感器。1.1　传光型光纤传感器工作原理传光型光纤传感器也称非功能型光纤传感器或强度调制型光纤传感器,光纤主要起传输光波的作用,传光型光纤传感器主要由光源、光纤、光调制器、敏感元件、光电探测器、检测电路等组成。传光型光纤传感器的基本原理是待测物理量引起光纤

5、中的传输光光强I变化,通过光强I的检测实现对待测物理量的测量。强度调制的特点是简单、可靠、经济。强度调制的方式很多,主要有反射式强度调制(如图1所示)和透射式强度调制(如图2所示)图1　反射式强度调制原理图图2　透射式强度调制原理图1.2　传感型光纤传感器工作原理第8页光纤传感器的应用及发展传感型光纤传感器也称功能型光纤传感器,光纤既传光又传感,即还充当敏感元件。对于传感型光纤传感器而言,当光在光纤中传播时,被测物理量或外界因素作用在光纤上,使得光纤中传输光的振幅、相位、波长、偏振态等发生改变,此过程为光调制,调制后的光经光纤传

6、输到光电探测器解调后转换成电信号输出。传感型光纤传感器的原理比传光型光纤传感器的复杂得多。传感型光纤传感器应用最多的是相位调制型光纤传感器或者干涉型光纤传感器,即外界因素使光纤中传输光的相位变化,进而改变出射光(干涉光)的强度变化来达到测量目的。常用的干涉型光纤传感器有Michelson干涉式光纤传感器、Mach-Zehnder干涉式光纤传感器、Fabry-Perot(F-P)干涉式光纤传感器、Sagnac干涉式光纤传感器、Fizeau干涉式光纤传感器等。干涉型光纤传感器是高精度光纤传感与测量技术的最佳选择。2光纤传感器分类根据

7、调制区与光纤的关系，可将调制分为两大类：一类为功能型调制，调制区位于光纤内，外界信号通过直接改变光纤的某些传输特征参量对光波实施调制。这类光纤传感器称为功能型或本征型光纤传感器，也称内调制型传感器，光纤同具“传”和“感”两种功能。同光源耦合的发射光纤与同光探测器耦合的接收光纤为一根连续光纤，称为传感光纤，故功能型光纤传感器亦称为全光纤型或传感型光纤传感器。另一类为非功能型调制，调制区在光纤之外，外界信号通过外加调制装置对进入光纤中的光波实施调制，这类光纤传感器称为非功能型或非本征型光纤传感器，发射光纤与接收光纤仅起传输光波的作用

8、，称为传光光纤，不具有连续性，故非功能型光纤传感器也称为传光型光纤传感器或外调制型光纤传感器。光纤传感器按被调制的光波参数不同又可分为强度调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、频率调制光纤传感器、偏振调制光纤传感器和波长（颜色）调制光纤传感器。光纤传感器按被测对象