1、光纤传感器结构原理

　　以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。它的电源、信号接收、敏感元件和处理系统以及信息传输均用金属导线连接，见图(a)。光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由敏感元件、光发送器、信号处理系统、光接收器以及光纤构成，见图(b)。

　　由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。

　　可见, 以电为基础的传统传感器与光纤传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。

　　光是一种电磁波，其波长从极远红外的lmm到极远紫外线的10nm。它的生物化学作用和物理作用主要因其中的电场而引起。因此，讨论光的敏感测量必须考虑光的电矢量E的振动，即

　　A——电场E的振幅矢量；ω——光波的振动频率；
　　φ——光相位；t——光的传播时间。
　　可见，比一比光的相位、频率、偏振态和强度等参量之一随被测量状态的变化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光的偏振调制、强度调制、相位调制或频率调制等进行解调，获得所需要的被测量的信息。 

 　　2、光纤传感器的分类

注：MM多模；SM单模；PM偏振保持；a,b,c功能型、拾光型 非功能型、

　　（1）根据光纤在传感器中的作用
　　光纤传感器分为功能型、拾光型和非功能型三大类。

　　1）功能型（全光纤型）光纤传感器
　 　利用对外界信息具有检测能力的光纤和 敏感能力作传感元件，将“传”和“感”合为一体的传感器。光纤不仅起传光作用，而且还利用光纤在外界 因素(相变、弯曲)的作用下，其光学特性(光强、偏振态、相位等)的变化来实现“传”和“感”的功能。因此，传感器中光纤是连续的。由于光纤连续，增加其长度，可提高灵敏度。 

　　2）非功能型（或称传光型）光纤传感器
光纤仅起导光作用，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。光纤不连续。此类光纤传感器无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。但灵敏度也较低，用于对灵敏度要求不太高的场合。

　　3）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散射、反射的光。其典型例子如辐射式光纤温度传感器、光纤激光多普勒速度计等。  

（2）根据光受被测对象的调制形式

　　形式：频率调制、相位调制、 强度调制型、偏振调制。

　1）偏振调制光纤传感器

　 　是一种利用光偏振态变化来传递被测对象信息的传感器。有利用光在磁场中媒质内传播的法拉第效应做成的磁场传感器、电流；利用光在电场中的压电晶体内传播 的泡尔效应做成的电压传感器、电场；的光弹效应构成的压力、声传感器或振动；以及利用光纤的双折射性构成压力、振动、温度等传感器。这类传感器可以避免光源强度变化的影啊，因此灵敏度高。

　　2）强度调制型光纤传感器

　 　是一种利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率、反射或吸收等参数的变化，而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。有利用光纤的微弯损耗；各物质的吸收特性；振动膜或液晶的反射光 强度的变化；物质因各种粒子射线或机械、化学的激励而发光的现象；以及物质的光路的遮断或荧光辐射等来构成压力、温 度、振动、气体、位移等各种强度调制型光纤传感器。
优点：容易实现、结构简单、成本低。

　　缺点：受光源强度波动和连接器损耗变化等影响较大 。

　3）相位调制传感器 

　 　其基本原理是利用被测对象对敏感元件的作用，使敏感元件的传播常数或折射率发生变化，而导致光的相位变化，使两束单色光所产生的干涉条纹发生变化，通过 检测干涉条纹的变化量来确定光的相位变化量，从而得到被测对象的信息。通常有利用光弹效应的压力、声或振动传感器；利用磁致磁场传感器、伸缩效应的电流；利用电致伸缩的电压传感器、电场以及利用光纤赛格纳克（Sagnac）效应的旋转角速度传感器等。这类传感器的灵敏度很高。但由于须用特殊光 纤及高精度检测系统，因此成本很高。 
　

　4）频率调制光纤传感器

　　是一种利用单色光射到被测物体上反射回来的 光的频率发生变化来进行监测的传感器。有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；以及利用光致发光的温度传感器等。