光纤传感器结构原理及分类.pdf

光纤传感器是一种基于光学测量原理的现代传感器，与传统的电信号传感器相比，它通过将被测量转化为可检测的光信号来进行工作。光纤传感器的核心组件包括光发送器、敏感元件（可能是光纤或其他非光纤材料）、光接收器和信号处理系统，它们通过光纤相互连接。光发送器发出的光线经过光纤引导到敏感元件，敏感元件会根据被测量的状态改变光的某个特性，如强度、偏振态、频率或相位。然后，这些已调制的光信号由接收光纤耦合到光接收器，进一步转换为电信号，并通过信号处理系统解析出被测量的信息。 光纤传感器主要分为三种类型：功能型、非功能型和拾光型。功能型传感器利用特殊的光纤作为传感元件，同时承担传输和感应双重角色，光纤自身的光学特性变化与被测量的状态紧密相关。非功能型传感器仅将光纤作为光信号的传导媒介，感应功能由外部物理元件完成，这种类型的传感器成本较低，但灵敏度相对不高。拾光型传感器则采用光纤作为探头，收集来自被测对象的光信号，例如激光多普勒速度计或辐射式温度传感器。 光纤传感器的调制形式主要包括强度调制、偏振调制、频率调制和相位调制。强度调制型传感器通过被测对象引起光强度的变化来测量，如微弯损耗、吸收特性或反射变化等。偏振调制型传感器利用光偏振状态的变化传递信息，适用于电流、磁场、电场、压力等的测量。频率调制型传感器基于多普勒效应，适用于速度、流速、振动和气体浓度等的检测。相位调制传感器通过被测对象影响光的相位变化来获取信息，通常需要高精度的检测系统，适用于声、压力、电流、磁场等多种物理量的测量。 这些不同类型的光纤传感器各有优势，例如强度调制型简单易实现，但受光源波动影响较大；偏振和相位调制型具有更高的灵敏度，但可能需要更复杂的技术和成本。频率调制型则能提供精确的动态测量，适用于速度和振动等动态参数的监测。综合来看，光纤传感器因其独特的性能优势，广泛应用于工业、环境监测、医疗、航空航天等领域，提供了传统电信号传感器难以实现的测量解决方案。