光纤传感器的结构原理

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  光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用， 使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生明显的变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入、经解调器后获得被测参数。整一个完整的过程中，光束经由光纤导入，通过调制器后再射出，其中光纤的作用首先是传输光束，其次是起到光调制器的作用。

  导纤维是利用光的完全内反射原理传输光波的一种介质，它是由高折射率的纤芯和包层所组成。包层的折射率小于纤芯的折射率，直径大致为0.1mm～0.2mm。当光线通过端面透入纤芯，在到达与包层的交界面时，由于光线的完全内反射，光线反射回纤芯层。这样经过不断的反射，光线就能沿着纤芯向前传播且只有很小的衰减。光纤式传感器就是把发射器发出的光线用光导纤维引导到检测点，再把检测到的光信号用光纤引导到接收器来实现检测的。按动作方式的不同，光纤式传感也可分为对射式、漫反射式等多种类型。光纤式传感器能实现被检测物体在较远区域的检测。由于光纤损耗和光纤色散的存在，在长距离光纤传输系统中，必须在线路适当位置设立中级放大器，以对衰减和失真的光脉冲信号做处理及放大。

  （1）物性型光纤传感器原理，物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。其工作原理是基于光纤的光调制效应，即光纤在外界外因，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生明显的变化的现象。

  因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就不难得知被测物理量的变化。这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。激光器的点光源光束扩散为平行波，经分光器分为两路，一为基准光路，另一为测量光路。外界参数（温度、压力、振动等）引起光纤长度的变化和相位的光相位变化，由此产生不同数量的干涉条纹，对它的模向移动进行计数，就可测量温度或压等。

  （2）结构型光纤传感器原理，结构型光纤传感器是由光检测元件（敏感元件）与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。

  点传感器，在点传感器中，每个传感器都是离散的，必须单独回程，因此点传感器适用于较短长度的部署，同时基于光纤布拉格光栅（FBG）点传感器能在具有高分辨率和灵敏度的FBG的特定位置测量参数。

  准分布式传感器，准分布式传感器使用多个嵌入光纤的FBG，经过仔细修改光纤芯的折射率，使得某些波长的光能够通过，而其他波长的光反射回光源。每个FBG都可以反射特定的波长，从而使每个FBG都可以沿光纤路径识别。准分布式传感在整个光缆上并不敏感，但是在各个局部点极为敏感。

  分布式光纤传感器，分布式光纤传感器（DFOS）是一种能够沿整条光纤光缆进行连续测量的技术，它具有以下特点：传感元件、仅针对光纤、灵敏度较高、抗电磁干扰以及测量范围大。DFOS应用类型包括分布式温度传感（DTS）、分布式声学传感（DAS）和分布式应变传感（DSS）。DTS是将光纤本身作为传感原件来测量整条光纤光缆的温度分布，DTS代表的是一种在长距离内获得准确和高分辨率温度测量的经济有效的办法。DAS使用光纤来检测声学振动。DSS是沿光纤传感器光缆提供空间分辨率的延长率曲线，通过在资产横截面的不同位置组合多条传感器光缆，DSS用于计算资产（被测设备）的延长率（应变）、形状（弯曲半径和弯曲方向）、扭曲度等。