光纤传感器的分类及应用.doc

2008级光信息科学与技术3班牛鑫
学号:200841801071
光纤传感器(Optical Fiber Transducer )就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。它的基本工作原理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。
随着现代科学技术的发展, 信息的获得显得越来越重要。传感器正是感知、检测、监控和转换信息的重要技术手段。光纤传感器是继光学、电子学为一体的新型传感器, 与以往的传感器不同, 它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, 这是光纤传感器的优点之一; 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。近年来光纤传感器得到了越来越广泛的应用。
近年来,传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中,光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。它具有很多独特的优点:1、灵敏度高由于光是一种波长极短的电磁波, 通过光的相位便得到其光学长度。以光纤干涉仪为例, 由于所使用的光纤直径很小, 受到微小的机械外力的作用或温度变化时其光学长度要发生变化, 从而引起较大的相位变化。2、测量速度快光的传播速度最快且能传送二维信息, 因此可用于高速测量。对雷达等信号的分析要求具有极高的检测速率, 应用电子学的方法难以实现, 利用光的衍射现象的高速频谱分析便可解决。3 、信息容量大被测信号以光波为载体, 而光的频率极高, 所容纳的频带很宽, 同一根光纤可以传输多路信号。4 、适用于恶劣环境光纤是一种电介质, 耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰, 可用于其它传感器所不适应的恶劣环境中。另外, 利用光纤的柔韧性可将光纤传感器做成各种形状的传感器及传感器阵列, 用于多参数测量。
光纤传感器可以分为两大类:一类是功能型(传感型)传感器; 另一类是非功能型(传光型)传感器。
一、功能型传感器
功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件, 被测量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变化, 再通过对被调制过的信号进行解调, 从而得出被测信号。光纤在其中不仅是导光媒质,而且也是敏感元件,光在光纤内受被测量调制,多采用多模光纤。优点:结构紧凑、灵敏度高。缺点:须用特殊光纤,成本高, 典型例子:光纤陀螺、光纤水听器等
二、非功能型传感器
非功能型传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化, 光纤仅作为信息的传输介质,常采用单模光纤。光纤在其中仅起导光作用,光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。优点:无需特殊光纤及其他特殊技术;比较容易实现,成本低。缺点:灵敏度较低。实用化的大都是非功能型的光纤传感器。光纤传感器是最近几年出现的新技术,可以用来测量多种物理量,比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等,还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里,在强电磁干扰和高电压的环境