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目录

一、引言

二、光纤传感器的基本原理及特点

2.1基本原理

2.2特点

三、光纤传感器的发展历程

四、光纤传感器的分类及应用原理

4.1分类

4.2应用原理

4.2.1光强调制型

4.2.2相位调制型

4.2.3偏振态调制型.

五、光纤传感器的应用及存在问题

5.1光纤温度传感器及其应用

5.2光纤陀螺及其应用

六、光纤传感器的发展趋势

光纤传感器

一、引言

传感器在当代科技领域及实际应用中占有十分重要的地位，各种类型的传感

器早已广泛应用于各个学科领域。近年来，传感器朝着灵敏、精巧、适应性强、

智能化和网络化方向发展。光纤传感技术是20世纪70年代末新兴的一项技术，

在全世界成了研究热门，已与光纤通信并驾齐驱。光纤传感器作为传感器家族的

一名新成员，由于其优越的性能而备受青睐，其具有体积小、质量轻、抗电磁干

扰、防腐蚀、灵敏度高、测量带宽、检测电子设备与传感器可以间隔很远等优点，

优良的性能使得光纤传感器具有广泛的应用前景。本文从光纤传感器的基本原理

及特点、光纤传感器的发展历程、光纤传感器的分类及应用原理、光纤传感器的

应用及存在问题以及光纤传感器的发展趋势五大方面对光纤传感器进行介绍。

二、光纤传感器的基本原理及特点

光纤(OpticalFiber)是光导纤维的简称，光纤的主要成份为二氧化硅，

由折射较高的纤芯、折射率较低的包层及保护层组成。纤芯为直径大约0.1mm

左右的细玻璃丝，把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。光纤传感器的

发现起源于探测光纤外部扰动的实践，在实践中，人们发现当光纤受到外界环境

的变化时，会引起光纤内部传输光波参数的变化，而这些变化与外界因素成一定

规律，由此发展出光纤传感技术。

2.1基本原理

图1是光纤传感器的原理结构图。光纤传感器通常由光源、传输光纤、传

感元件或调制区、光检测等部分组成。众所周知，描述光波特征的参量很多，

如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等，这些参量在光纤传输中都

可能会受外界影响而发生改变，特别如温度、压力、振动、弯曲以及化学量和

生物化学量等对光路产生影响时，都会使这些参量发生相应变化。光纤传感器

就是利用这些参量随外界因素变化的关系来检测各相应物理量的大小。

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图1光纤传感器原理结构

2.2特点

与传统的传感器不同，光纤优良的物理化学、机械以及传输性能，使光纤传

感器具有一系列独特的优点。

(1)灵敏度高：由于光是一种波长极短的电磁波，通过光的相位便得到其光

学长度。以光纤干涉仪为例，由于所使用的光纤直径很小，受到微小的机械外力

的作用或温度变化时其光学长度要发生变化，从而引起较大的相位变化。假设用

10米的光纤，l℃的变化引起1000ard的相位变化，若能够检测出的最小相位变

化为0.01ard，那么所能测出的最小温度变化为l0℃，可见其灵敏度之高。

(2)抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全：由于光纤传感器是利用光波

传输信息，而光纤是电绝缘、耐腐蚀的传输媒质，同时安全可靠，因此光纤传感

器可以方便有效地用于各种大型机电、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆

的恶劣环境中。

(3)测量速度快：光的传播速度快且能传送二维信息，因此可用于高速测量。

当信号的分析具有极高的检测速率要求时，应用电子学的方法往往难以实现，此

时利用光衍射现象的高速频谱分析便可解决问题。

(4)信息容量大：被测信号以光波为载体，而光的频率极高，所容纳的频带

很宽，且同一根光纤可以传输多路信号。

(5)适用于恶劣环境：光纤是一种电介质，耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰，

可用于其它传感器无法适应的恶劣环境中。

此外，光纤传感器还具有质量轻、体积小、可绕曲、测量对象广泛、复用性

好、成本低等特点。

三、光纤传感器的发展历程