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光纤传感器的原理及应用

摘要：本文主要介绍由光纤传感器发展过程与基本的原理，由此分析出光纤

传感器在测量技术中的应用以及光纤液位传感器特点与应用，光纤传感器发

展方向。

关键字：光纤传感器；原理；应用；发展方向

目录

1光纤传感器发展过程3

2光纤传感器的基本工作原理3

3光纤传感器的应用4

4光纤液位传感器特点与应用5

4.1工作原理5

4.2光纤液位传感器应用6

5光纤传感器发展方向6

1光纤传感器发展过程

光导纤维传感器（简称光纤传感器）是20世纪七十年代迅速发展起来的

一种新型传感器。光纤最早用于通讯，随着光纤技术的发展，光纤传感器得

到进一步发展。

一直以来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向

发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。

近年来，光纤传感器监测技术伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅

速发展起来。与传统的监测技术相比，光纤监测技术有一系列独特的优点：

1）光纤传感器以光信号作为载体，光纤为媒质，光纤的纤芯材料为二氧

化硅，因此，该传感器具有耐腐蚀、抗电磁干扰、防雷击等特点，属本质安

全。

2）光纤本身轻细纤柔，光纤传感器的体积小、重量轻，不仅限于布设

安装，而且对埋调部位的材料性能和力学参数影响甚小，能实现无损埋设。

3）灵敏度高，可靠性好，使用寿命长。分布式光纤监测技术除了具有

以上的特点外，还具有以下两个显著的优点：可以准确地测出光纤沿线任一

点的监测量，信息量大，成果直观；光纤既作为传感器，又作为传输介质，

结构简单，不仅方便施工，潜在故障大大低于传统技术，可维护性强，而且

性能价格比好。

分布式光纤经久耐用，安全可靠，由它构成的网络可以遍布坝体，这些

光纤网络犹如神经系统，可以感知坝体各部位相关信息，大坝因此而有望成

为一种机敏结构。分布式光纤监测技术是当代高科技的结晶，是一种理想的

大坝安全监测系统，广大安全监测工作者应予以积极推广。

2光纤传感器的基本工作原理

光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使

待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、

波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光

纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。

光纤传感器一般是由光源、接口、光导纤维、光调制机构、光电探测器

和信号处理系统等部分组成。来自光源的光线，通过接口进入光纤，然后将

检测的参数调制成幅度、相位、色彩或偏振信息，最后利用微处理器进行信

息处理。概括光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和

光探测器两个重要部件。见下图（1）所示。

图（1）

3光纤传感器的应用

光纤传感器的应用X围很广，几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们

的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了许多行业多年

来一直存在的技术难题，具有很大的市场需求。主要表现在以下几个方面的

应用:

(1)城市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的

应用。光纤传感器可预埋在混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中，用

于测试应力松弛、施工应力和动荷载应力从而来评估桥梁短期、施工阶段和

长期营运状态的结构性能。

(2)在电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变压器和大型

电机的定子、转子内的温度检测等，由于电类传感器易受强电磁场的干扰，

无法在这些场合中使用，只能用光纤传感器。分布式光纤温度传感器是近几

年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高新技术，分布式光纤温

度传感系统不仅具有普通光纤传感器的优点，还具有对光纤沿线各点的温度

的分布式传感能力，利用这种特点我们可以连续实时测量光纤沿线几公里内

各点的温度，定位精度可达米的量级，测温精度可达1度的水平，非常适用

于大X围多点测