光纤传感器简介
光纤最早是运用于光的传输，合适长距离传递信息，是现代信息社会光纤通信的柱石。光波在光纤中传达的特征参量会因外界要素的效果而直接或直接地发生改动，由此光纤传感器就能剖析勘探这些物理量、化学量和生物量的改动。
光纤传感器由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光勘探器以及解调制器组成。其基本原理是将光源的光经入射光纤送入调制区，光在调制区内与外界被测参数彼此效果，使入射光的某些光学性质（如强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生改动而成为被调制的信号光，再经出射光纤送入光勘探器、解调器而取得被测参数。
光纤传感器的分类
光纤传感器按结构类型可分两大类：一类是功能型（传感型）传感器；另一类对错功能性（传光型）传感器。
（1）功能型光纤传感器
运用对外界信息具有灵敏才能和检测才能的光纤（或特别光纤）作为传感元件，对光纤内传输的光进行调制，使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生改动，再经过被调制过的信号进行解调，然后得出被测信号。
光纤在其间不仅是导光媒质，而且也是灵敏元件，多选用多模光纤。
长处：结构紧凑，灵敏度高。
缺陷：须用特别光纤，本钱高。
典型运用：光纤陀螺、光纤水听器等。
（2）非功能型传感器
是运用其它灵敏元件感触被丈量的改动，光纤仅作为信息的传输介质，常选用单模光纤。光纤在其间仅起导光效果，光照在光纤型灵敏元件上被丈量调制。
长处：无需特别光纤及其他特别技能，比较简略完成，本钱低。
缺陷：灵敏度较低。
实用化的大都对错功能型的光纤传感器
依据被调制的光波的性质参数不同，这两类光纤传感器都可再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、偏振态调制光纤传感器和波长调制光纤传感器。
1） 强度调制型光纤传感器
基本原理是待测物理量引起光纤中传输光光强的改动，经过检测光强的改动完成对待丈量的丈量。安稳光源宣布的强度为I的光注入传感头，在传感头内，光在被测信号的效果下其强度发生了改动，即遭到了外场的调制，使得输出光强的包络线与被测信号的形状相同，光电勘探器测出的输出电流也作相同的调制，信号处理电路再检测出调制信号，就得到了被测信号。
这类传感器的长处是结构简略、本钱低、简略完成，因而开发运用的比较早，现在现已成功的运用在位移、压力、外表粗糙度、加速度、空隙、力、液位、振荡、辐射等的丈量。强度调制的办法许多，大致可分为反射式强度调制、透射式强度调制、光形式强度调制以及折射率和吸收系数强度调制等等。一般反射式强度调制、透射式强度调制、折射率强度调制称为外调制式，光形式称为内调制式。可是因为原理的约束，它易受光源动摇和连接器损耗改动等的影响，因而这种传感器只能用于搅扰源较小的场合。
2） 相位调制型光纤传感器
基本原理是：在被测能量场的效果下，光纤内的光波的相位发生改动，再用干与丈量技能将相位的改动转换成光强的改动，然后检测到待测的物理量。相位调制型光纤传感器的长处是具有极高的灵敏度，动态丈量规模大，一起响应速度也快，其缺陷是对光源要求比较高一起对检测体系的精密度要求也比较高，因而本钱相应较高。
现在首要的运用范畴为：运用光弹效应的声、压力或振荡传感器；运用磁致弹性效应的电流、磁场传感器；运用电致弹性的电场、电压传感器；运用赛格纳克效应的旋转角速度传感器（光纤陀螺）等。
3） 频率调制型光纤传感器
基本原理是运用运动物体反射或散射光的多普勒频移效应来检测其运动速度，即光频率与光接收器和光源间运动状况有关。当它们相对停止时，接收到光的振荡频率；当它们之间有相对运动时，接收到的光频率与其振荡频率发生频移，频移巨细与相对运动速度巨细和方向有关。
因而，这种传感器多用于丈量物体运动速度。频率调制还有一些其他办法，如某些资料的吸收和荧光现象随外界参量也发生频率改动，以及量子彼此效果发生的布里渊和拉曼散射也是一种频率调制现象。其首要运用是丈量流体活动，其它还有运用物质受强光照耀时的拉曼散射构成的丈量气体浓度或监测大气污染的气体传感器；运用光致发光的温度传感器等。
4） 偏振态调制型光纤传感器
基本原理是运用光的偏振态的改动来传递被测目标信息。
光波是一种横波，它的光矢量是与传达方向笔直的。假如光波的光矢量方向始终不变，仅仅它的巨细随相位改动，这样的光称为是线偏振光。光矢量与光的传达方向组成的平面为线偏振光的振荡面。假如光矢量的巨细坚持不变，而它的方向绕传达方向均匀的滚动，光矢量结尾的轨道是一个圆，这样的光称为圆偏振光。假如光矢量的巨细和方向都在有规则的改动，且光矢量的结尾沿一个椭圆滚动，这样的光称为椭圆偏振光。
运用光波的偏振性质，能够制成偏振调制光纤传感器。在许多光纤体系中，尤其是包含单模光纤的那些体系，偏振起着重要的效果。许多物理效应都会影响或改动光的偏振状况，有些效应可引起双折射现象。所谓双折射现象便是关于光学性质随方向而异的一些晶体，一束入射光常分解为两束折射光的现象。光经过双折射媒质的相位推迟是输入光偏振状况的函数。
偏振态调制光纤传感器检测灵敏度高，可防止光源强度改动的影响，而且相对相位调制光纤传感器结构简略、且调整便利。其首要运用范畴为：运用法拉第效应的电流、磁场传感器；运用泡尔效应的电场、电压传感器；运用光弹效应的压力、振荡或声传感器；运用双折射性的温度、压力、振荡传感器。现在最首要的仍是用于监测强电流。
5）波长调制型光纤传感器
传统的波长调制型光纤传感器是运用传感探头的光谱特性随外界物理量改动的性质来完成的。
此类传感器多为非功能型传感器。在波长调制的光纤探头中，光纤仅仅简略的作为导光用，即把入射光送往丈量区，而将回来的调制光送往剖析器。光纤波长勘探技能的关键是光源和频谱剖析器的杰出功能，这关于传感体系的安稳性和分辨率起着决定性的影响。
光光纤波长调制技能首要运用于医学、化学等范畴。例如，对人体血气的剖析、PH值检测、指示剂溶液浓度的化学剖析、磷光和荧光现象剖析、黑体辐射剖析和法布里一珀罗滤光器等。而现在所称的波长调制型光纤传感器首要是指光纤布拉格光栅传感器（FBG）。
光纤传感器的特色和优势
光纤传感器有极高的灵敏度和精度、固有的安全性好、抗电磁搅扰、高绝缘强度、耐腐蚀、集传感与传输于一体、能与数字通信体系兼容等长处。归纳如下：
（1）高灵敏度；
（2）轻细柔韧便于装置埋设；
（3）电绝缘性及化学安稳性。光纤自身是一种高绝缘、化学功能安稳的物质，适用于电力体系及化学体系中需求高压阻隔和易燃易爆等恶劣的环境中；
（4）杰出的安全性。光纤传感器是电无源的灵敏元件，故运用于丈量中时，不存在漏电及电击等安全隐患；
（5）抗电磁搅扰。一般状况下光波频率比电磁辐射频率高，因而光在光纤中传达不会遭到电磁噪声的影响；
（6）可散布式丈量。一根光纤能够完成长距离接连测控，能精确测出任一点上的应变、损害、振荡和温度等信息，并由此构成具有很大规模内的监测区域，进步对环境的检测水平；
（7）运用寿命长。光纤的首要资料是石英玻璃，外裹高分子资料的包层，这使得它具有相关于金属传感器更大的耐久性；
（8）传输容量大。以光纤为母线，用传输大容量的光纤替代粗笨的多芯水下电缆收集收纳各感知点的信息，而且经过复用技能，来完成对散布式的光纤传感器监测
散布式光纤传感器
散布式光纤传感技能是在70年代末提出的，它是跟着现在光纤工程中仍运用非常广泛的光时域反射（OTDR）技能的呈现而开展起来的。在这十几年里，发生了一系列散布式光纤传感机理和丈量体系，并在多个范畴得以逐渐运用。现在，这项技能已成为光纤传感技能中最具出路的技能之一。
散布式光纤传感器是选用共同的散布式光纤勘探技能，对沿光纤传输途径上的空间散布和随时刻改动信息进行丈量或监控的传感器。运用光波在光纤中传输的特性，可沿光纤长度方向接连的传感被丈量（如温度、压力、应力和应变等），光纤既是传感介质，又是被丈量的传输介质。它将传感光纤沿场排布，能够一起取得被测场的空间散布和随时刻的改动信息，
散布式光纤传感器有以下一些特色：
1）散布式光纤传感体系中的传感元件仅为光纤；
2）一次丈量就能够获取整个光纤区域内被丈量的一维散布图，将光纤架设成光栅状，就可测定被丈量的二维和三维散布状况；
3）体系的空间分辨力一般在米的量级，因而对被丈量在更窄规模的改动一般只能观测其均匀值；
4）体系的丈量精度与空间分辨力一般存在彼此限制联系；
5）检测信号一般较弱小，因而要求信号处理体系具有较高的信噪比；
6）因为在检测过程中需进行很多的信号加法均匀、频率的扫描、相位的盯梢等处理，因而完成一次完好的丈量需较长的时刻。
因为光纤电缆不易被电磁搅扰，因而，散布式光纤温度传感体系一般用于电力电缆热门区位的温度监控和丈量。对恶劣环境的掌握和办理以及改进野外作业环境需求是促进散布式光纤温度传感体系商场安稳增长的首要原因。一起，传感器电缆布置的技能难题也是这一商场开展面对的首要妨碍。跟着运用越来越广泛，现在散布式光纤传感器首要用于6大范畴，包含管道和近海石油渠道等的结构检测；液体管道和大坝的渗漏勘探；路面结冰勘探、铁路监测；安全体系勘探、电力电缆监督；光纤通信出产监测；环境监测和长时间温度丈量。
