光纖傳感器根據(jù)特性可以分成哪些種類？

光纖傳感器的工作原理基于光纖的傳輸特性和光學(xué)傳感技術(shù)。通常，光纖傳感器由光源、光纖、檢測(cè)器和信號(hào)處理器等組成。光源產(chǎn)生一定波長的光信號(hào)，通過光纖傳輸?shù)綑z測(cè)端，由檢測(cè)器接收后將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過信號(hào)處理器進(jìn)行分析處理，得出被測(cè)物理量的數(shù)值。 在光纖傳感器中，光纖的傳輸特性對(duì)測(cè)量精度和可靠性起著關(guān)鍵作用。光纖的傳輸特性受到光纖材料、光纖結(jié)構(gòu)和光源等因素的影響。光纖材料一般采用石英玻璃或塑料，其折射率和衰減系數(shù)決定了光信號(hào)的傳輸速度和衰減程度。光纖的結(jié)構(gòu)包括單模光纖和多模光纖，其內(nèi)部的光線傳輸方式不同，對(duì)于不同的應(yīng)用需求可以選擇不同類型的光纖。光源的選擇也會(huì)對(duì)光纖傳輸特性產(chǎn)生影響，如光源波長和功率等參數(shù)會(huì)影響光信號(hào)的傳輸距離和強(qiáng)度。

1、光纖光柵傳感器產(chǎn)品包括應(yīng)變傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，其中光纖bragg光柵傳感器是這幾年的研究熱點(diǎn)，它們大部分屬于光強(qiáng)型和干涉型，并且各有利弊。

2、相位調(diào)制型光纖傳感器

在被測(cè)能量場(chǎng)的作用下，光纖內(nèi)的光波的相位發(fā)生變化，再用干涉測(cè)量技術(shù)將相位的變化轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)的變化，從而檢測(cè)到待測(cè)的物理量。

相位調(diào)制型光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)是具有極高的靈敏度，動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大，同時(shí)響應(yīng)速度也快，其缺點(diǎn)是對(duì)光源要求比較高同時(shí)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的精密度要求也比較高，因此成本相應(yīng)較高。

3、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)。

4、結(jié)構(gòu)化光纖傳感器

基本原理，結(jié)構(gòu)化光纖傳感器是由光檢驗(yàn) 元器件 (敏感元件)與 光纖傳輸 控制回路及精確測(cè)量電源電路所構(gòu)成的檢測(cè)系統(tǒng)。在其中光纖線僅做為光的傳播媒質(zhì)，因此又稱之為傳光型或式功能性光纖傳感器。

根據(jù)被調(diào)制的光波的性質(zhì)參數(shù)不同，這兩類光纖傳感器都可再分為強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器、相位調(diào)制光纖傳感器、頻率調(diào)制光纖傳感器、偏振態(tài)調(diào)制光纖傳感器和波長調(diào)制光纖傳感器。

1) 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器

基本原理是待測(cè)物理量引起光纖中傳輸光光強(qiáng)的變化，通過檢測(cè)光強(qiáng)的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)量的測(cè)量。恒定光源發(fā)出的強(qiáng)度為I的光注入傳感頭，在傳感頭內(nèi)，光在被測(cè)信號(hào)的作用下其強(qiáng)度發(fā)生了變化，即受到了外場(chǎng)的調(diào)制，使得輸出光強(qiáng)的包絡(luò)線與被測(cè)信號(hào)的形狀一樣，光電探測(cè)器測(cè)出的輸出電流也作同樣的調(diào)制，信號(hào)處理電路再檢測(cè)出調(diào)制信號(hào)，就得到了被測(cè)信號(hào)。

2) 相位調(diào)制型光纖傳感器

基本原理是：在被測(cè)能量場(chǎng)的作用下，光纖內(nèi)的光波的相位發(fā)生變化，再用干涉測(cè)量技術(shù)將相位的變化轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)的變化，從而檢測(cè)到待測(cè)的物理量。相位調(diào)制型光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)是具有極高的靈敏度，動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大，同時(shí)響應(yīng)速度也快，其缺點(diǎn)是對(duì)光源要求比較高同時(shí)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的精密度要求也比較高，因此成本相應(yīng)較高。

3) 頻率調(diào)制型光纖傳感器

基本原理是利用運(yùn)動(dòng)物體反射或散射光的多普勒頻移效應(yīng)來檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)速度，即光頻率與光接收器和光源間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)它們相對(duì)靜止時(shí)，接收到光的振蕩頻率;當(dāng)它們之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的光頻率與其振蕩頻率發(fā)生頻移，頻移大小與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度大小和方向有關(guān)。

4) 偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器

基本原理是利用光的偏振態(tài)的變化來傳遞被測(cè)對(duì)象信息。

光波是一種橫波，它的光矢量是與傳播方向垂直的。如果光波的光矢量方向始終不變，只是它的大小隨相位改變，這樣的光稱為是線偏振光。光矢量與光的傳播方向組成的平面為線偏振光的振動(dòng)面。如果光矢量的大小保持不變，而它的方向繞傳播方向均勻的轉(zhuǎn)動(dòng)，光矢量末端的軌跡是一個(gè)圓，這樣的光稱為圓偏振光。如果光矢量的大小和方向都在有規(guī)律的變化，且光矢量的末端沿一個(gè)橢圓轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的光稱為橢圓偏振光。

利用光波的偏振性質(zhì)，可以制成偏振調(diào)制光纖傳感器。在許多光纖系統(tǒng)中，尤其是包含單模光纖的那些系統(tǒng)，偏振起著重要的作用。許多物理效應(yīng)都會(huì)影響或改變光的偏振狀態(tài)，有些效應(yīng)可引起雙折射現(xiàn)象。所謂雙折射現(xiàn)象就是對(duì)于光學(xué)性質(zhì)隨方向而異的一些晶體，一束入射光常分解為兩束折射光的現(xiàn)象。光通過雙折射媒質(zhì)的相位延遲是輸入光偏振狀態(tài)的函數(shù)。

5)波長調(diào)制型光纖傳感器

傳統(tǒng)的波長調(diào)制型光纖傳感器是利用傳感探頭的光譜特性隨外界物理量變化的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。

此類傳感器多為非功能型傳感器。在波長調(diào)制的光纖探頭中，光纖只是簡單的作為導(dǎo)光用，即把入射光送往測(cè)量區(qū)，而將返回的調(diào)制光送往分析器。光纖波長探測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵是光源和頻譜分析器的良好性能，這對(duì)于傳感系統(tǒng)的穩(wěn)定性和分辨率起著決定性的影響。

根據(jù)光纖在傳感器中的作用可以分為：一類是功能型(Functional Fiber，縮寫為FF)傳感器，又稱為傳感型傳感器; 另一類是非功能型(Non Functional Fiber縮寫為NFF)，又稱為傳光型傳感器。

1、功能型傳感器

功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件， 被測(cè)量對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制， 使傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化， 再通過對(duì)被調(diào)制過的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)， 從而得出被測(cè)信號(hào)。

光纖在其中不僅是導(dǎo)光媒質(zhì)，而且也是敏感元件，光在光纖內(nèi)受被測(cè)量調(diào)制，多采用多模光纖。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高。

缺點(diǎn)：須用特殊光纖，成本高，

典型例子：光纖陀螺、光纖水聽器等。

2、非功能光纖型傳感器

非功能型光纖傳感器是利用其它敏感元件感受被測(cè)量的變化， 光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì)，常采用單模光纖。光纖在其中僅起導(dǎo)光作用，光照在光纖型敏感元件上受被測(cè)量調(diào)制。

優(yōu)點(diǎn)：光纖即可用于電氣隔離，有用于數(shù)據(jù)傳輸，且光纖傳輸?shù)男盘?hào)不受電磁干擾的影響。

實(shí)用化的大都是非功能型的光纖傳感器。AnyWay的變頻電壓傳感器、變頻電流傳感器、變頻功率傳感器(一種電壓、電流組合式傳感器)就屬于非功能型的光纖傳感器，在復(fù)雜電磁環(huán)境下的電量測(cè)量中，有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。

光纖傳感器是最近幾年出現(xiàn)的新技術(shù)，可以用來測(cè)量多種物理量，比如聲場(chǎng)、電場(chǎng)、壓力、溫度、角速度、加速度等，還可以完成現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)難以完成的測(cè)量任務(wù)。在狹小的空間里，在強(qiáng)電磁干擾和高電壓的環(huán)境里，光纖傳感器都顯示出了獨(dú)特的能力。光纖傳感器有70多種，大致上分成光纖自身傳感器和利用光纖的傳感器。