光纤传感器原理

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光纤传感器是利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性（强度、相位、偏振态、频率、波长）改变的传感器。它是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。
与以往的传感器不同,光纤传感器将被测信号的状态以光信号的形式取出。光信号不仅能被人所直接感知,利用半导体二极管如光电二极管等小型简单元件还可以进行光电、电光转换,极易与一些电子装配相匹配,；另外光纤不仅是一种敏感元件,而且是一种优良的低损耗传输线。因此,光纤传感器还可用于传统的传感器所不适用的远距离测量。

光纤传感包含对外界信号(被测量)的感知和传输两种功能。所谓感知，是指外界信号按照其变化规律使光纤中传输的光波的物理特征参量，如强度(功率)、波长、频率、相位和偏振态等发生变化，测量光参量的变化即感知外界信号的变化。这种感知实质上是外界信号对光纤中传播的光波实施调制。所谓传输,是指光纤将受外界信号调制的光波传输到光探测器进行检测，将外界信号从光波中提取出来并按需要进行数据处理，也就是解调。
因此，光纤传感技术包括调制与解调两方面的技术,即外界信号(被测量)如何调制光纤中的光波参量的调制技术(或加载技术)及如何从已被调制的光波中提取外界信号(被测量)的解调技术(或检测技术)。

光纤传感器的基本原理

光纤( Optical Fiber)是光导纤维的简称，光纤的主要成份为二氧化硅，由折射较高的纤芯、折射率较低的包层及保护层组成。纤芯为直径大约0.1 mm左右的细玻璃丝，把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。光纤传感器的发现起源于探测光纤外部扰动的实践，在实践中，人们发现当光纤受到外界环境的变化时，会引起光纤内部传输光波参数的变化，而这些变化与外界因素成一定规律，由此发展出光纤传感技术。
光纤对许多外界参数有一定的敏感效应。研究光纤传感原理就是研究如何应用光纤的这些效应，研究光在调制区内与外界被测参数的相互作用，实现对外界被测参数的“传”和“感”的功能，这是光纤传感器的核心。

在光通信系统中，光纤被用作远距离传输光波信号的媒质。显然，在这类应用中，光纤传输的光信号受外界干扰越小越好。但是，在实际的光传输过程中，光纤易受外界环境因素影响，如温度、压力、电磁场等外界条件的变化，将引起光纤光波参数如光强、相位、频率、偏振、波长等的变化。因此，人们发现如果能测出光波参数的变化，就可以知道导致光波参数变化的各种物理量的大小，于是产生了光纤传感技术。光纤传感技术是用光纤对某些物理量的敏感特性，将外界物理量转换成可以直接测量的信号的技术。由于光纤不仅可以作为光波的传播媒质，而且由于光波在光纤中传播时表征光波的特征参量(振幅、相位、偏振态、波长等)因外界因素(如温度、压力、应变、磁场、电场、位移、转动等)的作用而直接或间接发生变化，从而也可将光纤用作传感元件来探测各种物理量。

上图是光纤传感器的原理结构图。光纤传感器通常由光源、传输光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成。光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生改变，特别如温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时，都会使这些参量发生相应变化。光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小。