光纖傳感器的結(jié)構(gòu)原理

光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號(hào)光，再利用被測(cè)量對(duì)光的傳輸特性施加的影響，完成測(cè)量。

光纖傳感器是一種將被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的光信號(hào)的傳感器。光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經(jīng)由光纖送入調(diào)制器，在調(diào)制器內(nèi)與外界被測(cè)參數(shù)的相互作用， 使光的光學(xué)性質(zhì)如光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制的光信號(hào)，再經(jīng)過光纖送入光電器件、經(jīng)解調(diào)器后獲得被測(cè)參數(shù)。整個(gè)過程中，光束經(jīng)由光纖導(dǎo)入，通過調(diào)制器后再射出，其中光纖的作用首先是傳輸光束，其次是起到光調(diào)制器的作用。

導(dǎo)纖維是利用光的完全內(nèi)反射原理傳輸光波的一種介質(zhì)，它是由高折射率的纖芯和包層所組成。包層的折射率小于纖芯的折射率，直徑大致為0.1mm～0.2mm。當(dāng)光線通過端面透入纖芯，在到達(dá)與包層的交界面時(shí)，由于光線的完全內(nèi)反射，光線反射回纖芯層。這樣經(jīng)過不斷的反射，光線就能沿著纖芯向前傳播且只有很小的衰減。光纖式傳感器就是把發(fā)射器發(fā)出的光線用光導(dǎo)纖維引導(dǎo)到檢測(cè)點(diǎn)，再把檢測(cè)到的光信號(hào)用光纖引導(dǎo)到接收器來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的。按動(dòng)作方式的不同，光纖式傳感也可分為對(duì)射式、漫反射式等多種類型。光纖式傳感器可以實(shí)現(xiàn)被檢測(cè)物體在較遠(yuǎn)區(qū)域的檢測(cè)。由于光纖損耗和光纖色散的存在，在長距離光纖傳輸系統(tǒng)中，必須在線路適當(dāng)位置設(shè)立中級(jí)放大器，以對(duì)衰減和失真的光脈沖信號(hào)進(jìn)行處理及放大。

（1）物性型光纖傳感器原理，物性型光纖傳感器是利用光纖對(duì)環(huán)境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。其工作原理基于光纖的光調(diào)制效應(yīng)，即光纖在外界環(huán)境因素，如溫度、壓力、電場、磁場等等改變時(shí)，其傳光特性，如相位與光強(qiáng)，會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。

因此，如果能測(cè)出通過光纖的光相位、光強(qiáng)變化，就可以知道被測(cè)物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型光纖傳感器。激光器的點(diǎn)光源光束擴(kuò)散為平行波，經(jīng)分光器分為兩路，一為基準(zhǔn)光路，另一為測(cè)量光路。外界參數(shù)（溫度、壓力、振動(dòng)等）引起光纖長度的變化和相位的光相位變化，從而產(chǎn)生不同數(shù)量的干涉條紋，對(duì)它的模向移動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可測(cè)量溫度或壓等。

（2）結(jié)構(gòu)型光纖傳感器原理，結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測(cè)元件（敏感元件）與光纖傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。

點(diǎn)傳感器，在點(diǎn)傳感器中，每個(gè)傳感器都是離散的，必須單獨(dú)回程，因此點(diǎn)傳感器適用于較短長度的部署，同時(shí)基于光纖布拉格光柵（FBG）點(diǎn)傳感器可以在具有高分辨率和靈敏度的FBG的特定位置測(cè)量參數(shù)。

準(zhǔn)分布式傳感器，準(zhǔn)分布式傳感器使用多個(gè)嵌入光纖的FBG，通過修改光纖芯的折射率，使得某些波長的光能夠通過，而其他波長的光反射回光源。每個(gè)FBG都可以反射特定的波長，從而使每個(gè)FBG都可以沿光纖路徑識(shí)別。準(zhǔn)分布式傳感在整個(gè)光纜上并不敏感，但是在各個(gè)局部點(diǎn)極為敏感。

分布式光纖傳感器，分布式光纖傳感器（DFOS）是一種能夠沿整條光纖光纜進(jìn)行連續(xù)測(cè)量的技術(shù)，它具有以下特點(diǎn)：傳感元件、僅針對(duì)光纖、靈敏度高、抗電磁干擾以及測(cè)量范圍大。DFOS應(yīng)用類型包括分布式溫度傳感（DTS）、分布式聲學(xué)傳感（DAS）和分布式應(yīng)變傳感（DSS）。DTS是將光纖本身作為傳感原件來測(cè)量整條光纖光纜的溫度分布，DTS代表的是一種在長距離內(nèi)獲得準(zhǔn)確和高分辨率溫度測(cè)量的經(jīng)濟(jì)有效的辦法。DAS使用光纖來檢測(cè)聲學(xué)振動(dòng)。DSS是沿光纖傳感器光纜提供空間分辨率的延長率曲線，通過在資產(chǎn)橫截面的不同位置組合多條傳感器光纜，DSS用于計(jì)算資產(chǎn)（被測(cè)設(shè)備）的延長率（應(yīng)變）、形狀（彎曲半徑和彎曲方向）、扭曲度等。