文档介绍：44光纤传感器
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光的全反射实验
光导纤维的主要参数
1. 数值孔径（NA）
2. 光纤类型
3. 传播损耗
θj
θi
θk
θr
A
B
涉
型
光纤传感器强度调制
遮光板断光路
半导体透射率的变化
荧光辐射、黑体辐射
光纤微弯损耗
振动膜或液晶的反射
气体分子吸收
光纤漏泄模
温度、振动、压力、加速度、位移
温度
温度
振动、压力、加速度、位移
振动、压力、位移
气体浓度
液位
MM
MM
MM
SM
MM
MM
MM
b
b
b
b
b
b
b
光纤传感器偏振调制
法拉第效应
泡克尔斯效应
双折射变化
光弹效应
电流、磁场
电场、电压
温度
振动、压力、加速度、位移
SM
MM
SM
MM
b,a
b
b
b
光纤传感器频率调制
多普勒效应
受激喇曼散射
光致发光
速度、流速、振动、加速度
气体浓度
温度
MM
MM
MM
C
b
b
注：MM——多模光纤；SM——单模光纤；PM——偏振保持光纤
(a) 功能型（全光纤型）光纤传感器
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。
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。
信号处理
光受信器
光纤敏感元件
光发送器
(b) 非功能型（或称传光型）光纤传感器
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：无需特殊光纤及特殊技术，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。
信号处理
光受信器
敏感元件
光发送器
光纤
(c) 拾光型光纤传感器
用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。
典型例子：
光纤激光多普勒速度计
辐射式光纤温度传感器
信号
处理
光受
信器
光发送器
光纤
耦合器
被测对象
(2) 根据光受被测对象的调制形式
(a) 强度调制型光纤传感器
(b) 偏振调制光纤传感器
(c) 频率调制光纤传感器
(d) 相位调制传感器
(a)强度调制型光纤传感器
利用被测对象的变化引起敏感元件参数的变化，而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。
应用：压力、振动、位移、气体
优点: 结构简单、容易实现、成本低。
缺点: 易受光源波动和连接器损耗变化等的影响
（b）偏振调制光纤传感器
利用光的偏振态的变化来传递被测对象信息
应用：
电流、磁场传感器：法拉第效应；
电场、电压传感器：泡尔效应；
压力、振动或声传感器：光弹效应；
温度、压力、振动传感器：双折射性
优点：可避免光源强度变化的影响，灵敏度高。
（c）频率调制光纤传感器
被测对象引起的光频率的变化来进行监测
利用运动物体反射光和散射光的多普勒效应的光纤速度、流速、振动、压力、加速度传感器；
利用物质受强光照射时的喇曼散射构成的测量气体浓度或监测大气污染的气体传感器；
利用光致发光的温度传感器等。
（d）相位调制传感器
被测对象导致光的相位变化，然后用干涉仪来检测这种相位变化而得到被测对象的信息。
利用光弹效应的声、压力或振动传感器；
利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器；
利用电致伸缩的电场、电压传感器
利用Sagnac效应的旋转角速度传感器（光纤陀螺）
优点：灵敏度很高，
缺点：特殊光纤及高精度检测系统，成本高。
光纤传感器的应用
强度调制型：
基于弹性元件受压变形，将压力信号转换成位移信号来检测，故常用于位移的光纤检测技术；
相位调制型：
利用光纤本身作为敏感元件；
偏振调制型：
主要是利用晶体的光弹性效应。
光纤压力传感器
（一）温度的检测
光纤温度传感器有功能型和传光型两种。
1、遮光式光纤温度计
下图为一种简单的利用水银柱升降温度的光纤温度开关。可用于对设定温度的控制，温度设定值灵活可变
1
2
3
4
水银柱式光纤温度开关
1 浸液 2 自聚焦透镜 3 光纤 4 水银
下图为利用双金属热变形的遮光式光纤温度计。当温度升高时，双金属片的变形量增大，带动遮光板在垂直方向产生位移从而使输出光强发生变化。这种形式的光纤温度计能测量10℃～50℃的温度。℃。它的缺点是输出光强受壳体振动的影响，