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第二章 光纤传感器的特点和工作原理 2.1 光纤传感器的特点 光纤传感器有极高的灵敏度和精度、固有的安全性好、抗电磁干扰、高绝 缘强度、耐腐蚀、集传感与传输于一体、能与数字通信系统兼容等优点，光纤 传感器受到世界各国的广泛重视。 总体来说光纤传感器具有许多优点，概括如下： 高灵敏度 轻细柔韧便于安装埋设 电绝缘性及化学稳定性。光纤本身是一种高绝缘、化学性能稳定的物质， 适用于电力系统及化学系统中需要高压隔离和易燃易爆等恶劣的环境中。 良好的安全性。光纤传感器是电无源的敏感元件，故应用于测量中时， 不存在漏电及电击等安全隐患。 抗电磁干扰。一般情况下光波频率比电磁辐射频率高，因此光在光纤中 传播不会受到电磁噪声的影响。 可分布式测量。一根光纤可以实现长距离连续测控，能准确测出任一点 上的应变、损伤、振动和温度等信息，并由此形成具备很大范围内的监测区域， 提高对环境的检测水平。 使用寿命长。光纤的主要材料是石英玻璃，外裹高分子材料的包层，这 使得它具有相对于金属传感器更大的耐久性。 传输容量大。以光纤为母线，用传输大容量的光纤代替笨重的多芯水下 电缆采集收纳各感知点的信息，并且通过复用技术，来实现对分布式的光纤传 感器监测。 纤细的光纤具有这么多的优点，使得它在建筑桥梁、医疗卫生、煤炭化工、 军事制导、地质探矿、电力工程、石油勘探、地震波检测等领域有着广阔的发 展空间。 2.2 光纤传感器的工作原理 光纤传感器工作原理是用被测量的变化调制传输光光波的某一参数，使其 随之变化，然后对已调制的光信号进行检测，从而得到被测物理量。 在光纤传感器中，由于光纤不仅可以作为光波的传播媒质，并且在光纤中 传播的光波因外界因素的变化而改变，同时也可将光纤作为传感元件来探测如 振幅、相位、偏振态、波长等物理量。 光电探测器传 光电 探测器 传感头 信号检 测与处 光源 光源 传输光纤 理 图 2 光纤传感系统的基本构成 2.3 光纤传感器的分类： 光纤传感器按其作用不同可分为两种类型：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。 光纤作为敏感元件，光纤内传输的光被被测量进行调制，使传输光的特性 发生变化，如强度、相位、频率或偏振态等。 通过信号解调，得出被测信号， 这类传感器称为功能型传感器。光纤在不仅在其中扮演导光媒质，并且扮演敏 感元件。光在光纤内受被测量调制。 非功能型传感器是用非光纤敏感元件来感知被测参量的变化，光纤仅作为 信息的传输媒介。所以光纤在此类传感器系统中仅起导光作用，这时由于光照 在光纤型敏感元件上，使得它受到被测量调制。 光纤传感器按被调制的光波参数不同，分为相位调制光纤传感器、强度调 制光纤传感器、波长(颜色)调制光纤传感器、偏振调制光纤传感器及频率调制 光纤传感器等。 光纤传感器按被测对象的不同，分为光纤电流传感器、光纤浓度传感器、 光纤位移传感器、光纤温度传感器等。