第5章光纤传感器2012

1、HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY第五章第五章 光纤传感器光纤传感器光纤光纤光导纤维，是由石英、光导纤维，是由石英、玻璃、塑料等光折射率高的介质材料玻璃、塑料等光折射率高的介质材料制成的极细的纤维，是一种理想的光制成的极细的纤维，是一种理想的光传输线路。传输线路。光纤传感器光纤传感器兴起于兴起于2020世纪世纪7070年代，年代，是一类较新的光敏器件，它是利用被是一类较新的光敏器件，它是利用被测量对光纤内传输的光波进行调制，测量对光纤内传输的光波进行调制，使光波的一些参数，如强度、频率、使光波的一些参数，如强度、频率、波长、相位、偏振态等特性产生变化波长、相位、偏振态等

2、特性产生变化来工作。可以测量位移、加速度、压来工作。可以测量位移、加速度、压力、温度、磁、声、电等物理量。力、温度、磁、声、电等物理量。5.1 光导纤维的结构和导光原理光导纤维的结构和导光原理v1、光纤结构、光纤结构纤芯纤芯包层包层涂覆层涂覆层护套护套 光纤光纤通常由通常由纤芯、包层纤芯、包层及及保护套保护套组成。纤芯是组成。纤芯是由玻璃、石英或塑料等材料制成的圆柱体，直径约由玻璃、石英或塑料等材料制成的圆柱体，直径约为为5 5150150m m。包层的材料也是玻璃或塑料等，但。包层的材料也是玻璃或塑料等，但纤芯的折射率纤芯的折射率n n1 1稍大于包层的折射率稍大于包层的折射率n n2 2。

3、涂敷层起。涂敷层起隔离杂光的作用隔离杂光的作用。外套起保护光纤的作用。较长的外套起保护光纤的作用。较长的光纤又称为光缆。光纤又称为光缆。 2.光纤传光原理光纤传光原理 1) 斯乃尔定理斯乃尔定理（Snells LawSnells Law）当光由光密物质当光由光密物质( (折射率大折射率大) )入射至光疏物质时发生入射至光疏物质时发生折射，如图折射，如图(a)(a)，其折射角大于入射角，即，其折射角大于入射角，即n n1 1n n2 2时时，r ri i。 n1n2ri i (a)(a)光的折射示意图光的折射示意图 可见，入射角可见，入射角i i增大时，增大时，折射角折射角r r也随之增大，且始

4、终也随之增大，且始终r ri i。n n1 1、n n2 2、r r、i i之间的数学关系为之间的数学关系为 n1sini=n2sinr i0=arcsin(n2/n1) sini0=n2/n1 sinrsin90 1n1n2r ri i (b)(b)临界状态示意图临界状态示意图 当当r r=90=90时，时，i i仍仍9090，此时，出射光线沿界面传播此时，出射光线沿界面传播如图（如图（b b），称为临界状态。），称为临界状态。这时有这时有式中：式中：i0i0临界角临界角当当i ii0i0并继续增大时，并继续增大时，r r9090，这时便，这时便发生全反射现象，如图发生全反射现象，如图(c)

5、 (c) ，其出射光不再折，其出射光不再折射而全部反射回来。射而全部反射回来。n1n2r ri i (c)(c)光全反射示意图光全反射示意图2) 光纤导光原理光纤导光原理2222112212200101sincos1sinsinicrrnnnnnnnnn全反射全反射 ，则，则290r220120sin/innn外介质为空气时，外介质为空气时，22012sininn 3 光纤特性参数：光纤特性参数：1）数值孔径）数值孔径 以入射角小于以入射角小于i0i0进入光纤的光线将形成全反进入光纤的光线将形成全反射被引导至光纤输出端，并以近似等于入射角的角射被引导至光纤输出端，并以近似等于入射角的角度射出。

6、度射出。i0i0称为临界角，称为临界角，2 2i0i0为为接受角接受角，处于接，处于接受角之外的光线均被包层吸收而损失掉。受角之外的光线均被包层吸收而损失掉。sinsini0i0定定义为光纤的义为光纤的数值孔径数值孔径，用，用NANA表示，它反映纤芯接收表示，它反映纤芯接收光量的多少，是光纤的一个重要参数。光量的多少，是光纤的一个重要参数。2212NAnn当当r2r290 NANA, ,i iarcsin(arcsin(NANA),),光线消失。光线消失。这说明这说明arcsinarcsinNANA是一临界角是一临界角, ,凡入射角凡入射角i iarcsinarcsinNANA的那些光线进入光

7、纤都不能传播而在包层消失；相反的那些光线进入光纤都不能传播而在包层消失；相反, ,只有入射角只有入射角i iarcsinarcsinNANA的光线才可进入光纤被全的光线才可进入光纤被全反射传播反射传播 当当r2r2=90=90时时当当r2r29090时，光线发生全反射，则时，光线发生全反射，则sinsini0i0= =NANA i0i0=arcsin(=arcsin(NANA) )i i i0i0=arcsin=arcsin(NA)v光纤的数值孔径大小与几何尺寸无关，与光纤的数值孔径大小与几何尺寸无关，与纤芯纤芯包层相对折射率有关。包层相对折射率有关。v数值孔径大有利于光纤的对接。数值孔径大有

8、利于光纤的对接。v可以使光纤可以使光纤NANA值很大而截面积很小，使得值很大而截面积很小，使得光纤柔软可以弯曲。光纤柔软可以弯曲。vNANA太大时，光信号的畸变加大，会影响光太大时，光信号的畸变加大，会影响光纤的带宽。因此对光纤的数值孔径有一定纤的带宽。因此对光纤的数值孔径有一定的要求。通常作为传感器的光纤的要求。通常作为传感器的光纤0.2NA0.40.2NA0.4。2212siniNAnn2）传播损耗）传播损耗v由于光纤纤芯材料吸收、散射、以及光纤弯曲处由于光纤纤芯材料吸收、散射、以及光纤弯曲处的辐射损耗影响，光信号在光纤中的传输不可避的辐射损耗影响，光信号在光纤中的传输不可避免的要发生损耗

9、（如同电流在导线中传输）。免的要发生损耗（如同电流在导线中传输）。为损耗率，表示光由光纤的一端传递到另一端为损耗率，表示光由光纤的一端传递到另一端时产生损耗的速率，通常用每时产生损耗的速率，通常用每kmkm引起光功率损耗引起光功率损耗的分贝数表示。的分贝数表示。(dB/km)式中式中光线损耗光线损耗 PiPi、PoPo分别为光纤输入输出功率分别为光纤输入输出功率10logioPP光纤传播损耗分类光纤传播损耗分类吸收损耗：吸收损耗： 与组成光纤的材料的电子受激跃迁和分子共振有关。与组成光纤的材料的电子受激跃迁和分子共振有关。散射损耗：散射损耗：由于材料密度的微观变化，成分起伏，以及在制造光纤由于

10、材料密度的微观变化，成分起伏，以及在制造光纤过程中产生的结构上的不均匀性或缺陷引起的。过程中产生的结构上的不均匀性或缺陷引起的。辐射损耗：辐射损耗： 当光纤受到具有一定曲率半径的弯曲时，就会产生辐射当光纤受到具有一定曲率半径的弯曲时，就会产生辐射损耗。损耗。大部分光纤传感器所用光纤一般不足大部分光纤传感器所用光纤一般不足4m4m，短者只有数毫米，因此，短者只有数毫米，因此传感器用光纤，尤其是敏感元件用特殊光纤可放宽传输损耗要求传感器用光纤，尤其是敏感元件用特殊光纤可放宽传输损耗要求，一般传输损耗，一般传输损耗10dB/Km10dB/Km的光纤均可采用，可降低成本。的光纤均可采用，可降低成本。3

11、）色散）色散复色光分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散。复色光分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散。 材料色散：材料色散： 材料的折射率随光波长材料的折射率随光波长度度的变化而变化，使光信号的变化而变化，使光信号中各波长分量的光的中各波长分量的光的传播传播速度不同而引起的色散。速度不同而引起的色散。波导色散：波导色散： 由于波导结构不同，某一波导模式的传播常数随着由于波导结构不同，某一波导模式的传播常数随着信号角频率变化而引起色散。信号角频率变化而引起色散。多模色散：多模色散： 在多模光纤中，由于各个模式在同一角频率下的传在多模光纤中，由于各个模式在同一角频率下的传播常数不同、群速度不

12、同而产生的色散。播常数不同、群速度不同而产生的色散。4.光纤分类光纤分类v按折射率变化类型分类按折射率变化类型分类按纤芯到包层折射率变化：按纤芯到包层折射率变化：阶跃折射率光纤阶跃折射率光纤：纤芯与包层之间的折射率是突变的，纤芯：纤芯与包层之间的折射率是突变的，纤芯折射率保持不变。折射率保持不变。渐变折射率光纤渐变折射率光纤：在横截面中心处折射率最大，由中心向外：在横截面中心处折射率最大，由中心向外折射率逐渐变小，到内芯边界处变为包层折射率。通常折射折射率逐渐变小，到内芯边界处变为包层折射率。通常折射率变化为抛物线形式，又称为梯度型。率变化为抛物线形式，又称为梯度型。v按传播模式种类来分按传播

13、模式种类来分单模光纤单模光纤多模光纤多模光纤纤芯直径小纤芯直径小只能传送一种模式只能传送一种模式传输性能好传输性能好制造、连接、耦合困难制造、连接、耦合困难纤芯直径较大纤芯直径较大传播模式较多传播模式较多性能较差，带宽较窄性能较差，带宽较窄制造容易，耦合容易制造容易，耦合容易传播模式传播模式也叫也叫传输模式传输模式，即光沿着光纤传播的途径和方式。，即光沿着光纤传播的途径和方式。光纤模式及对光信号传输的影响光纤模式及对光信号传输的影响n2n1多模多模阶跃光纤阶跃光纤nr多模多模梯度光纤梯度光纤n2n1单模单模梯度光纤梯度光纤v按材料分类按材料分类高纯度石英玻璃纤维：高纯度石英玻璃纤维：光损耗比较

14、小光损耗比较小多组分玻璃光纤：多组分玻璃光纤：用常规玻璃制成，损耗也很低用常规玻璃制成，损耗也很低塑料光纤：塑料光纤：用人工合成导光塑料制成，其损耗较用人工合成导光塑料制成，其损耗较大，但重量轻，成本低，柔软性好大，但重量轻，成本低，柔软性好5.2光纤传感器结构及类型光纤传感器结构及类型v1.光纤传感器结构光纤传感器结构 光是一种电磁波，它的光是一种电磁波，它的物理作用物理作用和和生物化学作用生物化学作用主要因其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矢量E E的振动，即的振动，即 tAEsin A A：电场：电场E

15、E的振幅；的振幅； ：光波的振动频率：光波的振动频率：光相位；：光相位； t t：光的传播时间：光的传播时间被测量调制：被测量调制：光的强度、偏振态（矢量光的强度、偏振态（矢量A A的方向）、频率和相位的方向）、频率和相位解调：解调：光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制光纤光纤信号处理信号处理光接收器光接收器敏感元件敏感元件光发送器光发送器（b b）光纤传感器）光纤传感器信号处理信号处理电电 源源信号接收信号接收敏感元件敏感元件（a a）传统传感器）传统传感器 导线导线由光发送器发出的光源经光纤引导至敏感元件。这时，光的由光发送器发出的光源经光纤

16、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。被测量。2.2.光纤传感器类型光纤传感器类型 （1 1）根据光纤在传感器中的作用）根据光纤在传感器中的作用光纤传感器分为光纤传感器分为非功能型、功能型和拾光型非功能型、功能型和拾光型三大类。三大类。 1 1）非功能型（或称传光型）光纤传感器非功能型（或称传光型）光纤传感器 光纤仅起光纤仅起导光导光作用，只作用，只“传传”不不“感感”，对外界信，对外界信息的

17、息的“感觉感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。功能依靠其他物理性质的功能元件完成。优点：优点：无需特殊光纤及其他特殊技术，无需特殊光纤及其他特殊技术， 比较容易实现，成本低。比较容易实现，成本低。缺点：缺点：灵敏度较低。灵敏度较低。信号处理信号处理光受信器光受信器敏感元件敏感元件光发送器光发送器光纤光纤 2 2）功能型（全光纤型）光纤传感器）功能型（全光纤型）光纤传感器利用对外界信息具有利用对外界信息具有敏感敏感能力和能力和检测检测能力的光纤能力的光纤( (或特或特殊光纤殊光纤) )作传感元件。光纤不仅起传光作用，而且还利作传感元件。光纤不仅起传光作用，而且还利用光纤在外界因素用光纤在外

18、界因素( (弯曲、相变弯曲、相变) )的作用下，其光学特性的作用下，其光学特性( (光强、相位、偏振态等光强、相位、偏振态等) )的变化来实现的变化来实现“传传”和和“感感”的功能。的功能。 优点：优点：结构紧凑、灵敏度高。结构紧凑、灵敏度高。 缺点：缺点：须用特殊光纤，成本高，须用特殊光纤，成本高， 例子：例子：光纤陀螺、光纤水听器等。光纤陀螺、光纤水听器等。信号处理信号处理光受信器光受信器光纤敏感元件光纤敏感元件光发送器光发送器3 3）拾光型光纤传感器）拾光型光纤传感器 用光纤作为用光纤作为探头探头，接收由被测对象辐射的光或，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。被其反射、散射的光。

19、 典型例子：典型例子：光纤激光多普勒速度计光纤激光多普勒速度计辐射式光纤温度传感器辐射式光纤温度传感器信号处理光受信器光发送器光纤耦合器被测对象（2）根据光受被测对象的调制形式）根据光受被测对象的调制形式形式：形式：强度调制型、偏振调制、频率调制、相位调制强度调制型、偏振调制、频率调制、相位调制。 1 1）强度调制型光纤传感器）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是一种利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率折射率、吸收吸收或或反射反射等参数的变化，而导致等参数的变化，而导致光强度变化光强度变化来实现敏感测量的传感器。来实现敏感测量的传感器。内调制：内调制：发生在光纤内部

20、，是通过光纤本身特性改变来实现光强发生在光纤内部，是通过光纤本身特性改变来实现光强度的调制；即光纤既是光的传导媒质，又是光的敏感元度的调制；即光纤既是光的传导媒质，又是光的敏感元件，内调制光纤传感器称之为件，内调制光纤传感器称之为功能型光纤传感器功能型光纤传感器外调制：外调制：调制过程发生在光纤之外的环节，此时光纤只作传光媒调制过程发生在光纤之外的环节，此时光纤只作传光媒质，外调制光纤传感器又称为质，外调制光纤传感器又称为非功能型光纤传感器或传非功能型光纤传感器或传光型光纤传感器。光型光纤传感器。位移（压力）位移（压力）活动板活动板固定板固定板输出光输出光输入光输入光光纤光纤光纤微弯曲位移（压

21、力）传感器光纤微弯曲位移（压力）传感器 功能型：功能型：通过改变光纤通过改变光纤外形外形、折射率折射率差、差、吸收特性吸收特性等方式使光等方式使光强变化。强变化。当光纤受微弯板作用产生弯曲时，使原沿纤芯轴线传输的传导当光纤受微弯板作用产生弯曲时，使原沿纤芯轴线传输的传导模中的一部分泄漏到包层中，成为辐射模，使纤芯中的传导模模中的一部分泄漏到包层中，成为辐射模，使纤芯中的传导模减少。作用力越大，光纤微弯程度增加，纤芯的传导模损耗越减少。作用力越大，光纤微弯程度增加，纤芯的传导模损耗越大，从而实现对传导光波强度的调制。大，从而实现对传导光波强度的调制。d膜片膜片非功能性：非功能性：通过光束通过光束

22、位移、遮挡、耦合位移、遮挡、耦合等方式使接收等方式使接收光纤的光强变化。光纤的光强变化。 光反射光反射 依靠折射率变化测液位：依靠折射率变化测液位： 光传输光传输 2）偏振调制光纤传感器）偏振调制光纤传感器 偏振调制采用单模光纤。理想单模光纤中的模是光波的偏振调制采用单模光纤。理想单模光纤中的模是光波的基模，基模是线偏振光，偏振方向是光纤的径向。基模，基模是线偏振光，偏振方向是光纤的径向。 偏振调制是利用外界因素改变单模光纤中偏振光的偏振偏振调制是利用外界因素改变单模光纤中偏振光的偏振状态，偏振调制的机理有电光效应、磁光效应和弹光效应。状态，偏振调制的机理有电光效应、磁光效应和弹光效应。 v

23、应用：应用： 电流、磁场传感器：法拉第效应；电流、磁场传感器：法拉第效应； 电场、电压传感器：电光效应；电场、电压传感器：电光效应； 压力、振动或声传感器：光弹效应；压力、振动或声传感器：光弹效应； 温度、压力、振动传感器：双折射性温度、压力、振动传感器：双折射性v 优点：优点：可避免光源强度变化的影响，灵敏度高。可避免光源强度变化的影响，灵敏度高。自然光自然光 ：在垂直于光传播方向的平面内沿各方向在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的光矢量呈对称分布。可用相互垂直的光振振动的光矢量呈对称分布。可用相互垂直的光振动描述自然光。动描述自然光。 光波是一种光波是一种横波横波：光振动的电场矢量：光

24、振动的电场矢量E E和磁场和磁场矢量矢量H H始终与传播方向始终与传播方向v v垂直。垂直。 如果光在传播过程中，只存在某一确定方向的振动，如果光在传播过程中，只存在某一确定方向的振动， 这种光称为线偏振光或完全偏振光，简称这种光称为线偏振光或完全偏振光，简称偏振光偏振光。偏振态调制型光纤传感器偏振态调制型光纤传感器 根据光波振动方向的分布和变化规律，又分为根据光波振动方向的分布和变化规律，又分为部分部分偏振光偏振光、圆偏振光圆偏振光和和椭圆偏振光椭圆偏振光。 偏振态调制型光纤传感器偏振态调制型光纤传感器 偏振态调制型光纤传感器偏振态调制型光纤传感器 偏振态调制偏振态调制是指外界信号（被测量）

25、通过一定的方式是指外界信号（被测量）通过一定的方式使光波的偏振态发生规律性偏转，或产生双折射，通过检使光波的偏振态发生规律性偏转，或产生双折射，通过检测光偏振态的变化即可测出外界被测量。测光偏振态的变化即可测出外界被测量。 偏振态调制主要利用偏振态调制主要利用磁致旋光效应磁致旋光效应、弹光效应弹光效应等物理等物理效应。效应。 磁致旋光效应磁致旋光效应也称也称法拉第旋光效应法拉第旋光效应，是指某些物质在，是指某些物质在外磁场作用下，能使通过它的平面偏转光的偏振方向发生外磁场作用下，能使通过它的平面偏转光的偏振方向发生旋转。旋转角度与通过法拉第材料的长度和外加磁场强度旋转。旋转角度与通过法拉第材料

26、的长度和外加磁场强度成正比。可以用来检测电流强度。成正比。可以用来检测电流强度。 弹光效应弹光效应是一种由是一种由应力应变引起的双折射效应应力应变引起的双折射效应。双。双折射会使光波的偏振态发生相应的变化。折射会使光波的偏振态发生相应的变化。 由应力引起的感应双折射正比于所施加的力，因此由应力引起的感应双折射正比于所施加的力，因此可以通过检测偏振光的强度检测应力。可以通过检测偏振光的强度检测应力。偏振态调制型光纤传感器偏振态调制型光纤传感器 3）频率调制光纤传感器）频率调制光纤传感器 一种利用由被测对象引起的光频率的变化来进行一种利用由被测对象引起的光频率的变化来进行检测的传感器。检测的传感器

27、。 光波频率调制是通过光学多普勒效应实现的。此光波频率调制是通过光学多普勒效应实现的。此时光纤只起传光作用，时光纤只起传光作用， 属非功能型。属非功能型。 光学多普勒效应：光学多普勒效应：当光源和光探测器都不动时，当光源和光探测器都不动时，光源发出的频率为光源发出的频率为fofo的光波，经过运动体散射或反射的光波，经过运动体散射或反射后，由探测器接收到的光波频率后，由探测器接收到的光波频率fsfs发生变化。发生变化。 多普勒频移：多普勒频移：多普勒效应引起的光波频率变化量多普勒效应引起的光波频率变化量f f 运动速度运动速度V V、运动方向与光源光波发射方向间夹角为、运动方向与光源光波发射方向

28、间夹角为1 1、运动、运动方向与探测器方向间夹角为方向与探测器方向间夹角为2 2时，探测器接收运动体反射的光波时，探测器接收运动体反射的光波频率为频率为 ) 1cos2(cos)()2cos1(cosVfofsfVfofs 由于光源发出的光波长由于光源发出的光波长很短，即使运动体的速度很短，即使运动体的速度v v很低，很低，仍可以获得较明显的多普勒频移仍可以获得较明显的多普勒频移f f。典型应用：医学上对血液流动的探测。典型应用：医学上对血液流动的探测。 4）相位调制传感器）相位调制传感器 利用被测对象对敏感元件的作用，使敏感元件的折利用被测对象对敏感元件的作用，使敏感元件的折 射率或传播常数

29、发生变化，而导致光的相位变化。射率或传播常数发生变化，而导致光的相位变化。 但光电探测器不能直接测量光波的相位变化，目前但光电探测器不能直接测量光波的相位变化，目前采用干涉技术将相位变化转换为强度变化，通过对强度采用干涉技术将相位变化转换为强度变化，通过对强度的检测实现对光波相位的测量。的检测实现对光波相位的测量。 光波的相位光波的相位 由光波长由光波长o(o(真空真空) )、介质折射率、介质折射率n n及介质长度及介质长度L L决定。决定。 当光纤受到被测对象的作用而引起结构尺才的变化当光纤受到被测对象的作用而引起结构尺才的变化和内应力的变化时，将导致纤芯的折射率和内应力的变化时，将导致纤芯

30、的折射率n n或光纤的长或光纤的长度度L L发生变化，从而实现光波的相位调制。发生变化，从而实现光波的相位调制。 0/2nL 干涉测量是把光波相位变化转换为光波强度变化的干涉测量是把光波相位变化转换为光波强度变化的测量方法。测量方法。 两相干光束干涉后的光强度为两相干光束干涉后的光强度为 式中式中 AA干涉光强度；干涉光强度；A A1 1、A A2 2两相干光强度；两相干光强度； 两相干光的相位差。两相干光的相位差。 在干涉测量时，通常取一相干光为参考，另一相干在干涉测量时，通常取一相干光为参考，另一相干光感受被测对象的调制，调制后光相位的变化引起两相光感受被测对象的调制，调制后光相位的变化引

31、起两相干光相位差干光相位差 发生变化，导致干涉光强度发生变化，导致干涉光强度A A的变化。通的变化。通过对干涉光强度的测量，实现对两相干光相位差的测量过对干涉光强度的测量，实现对两相干光相位差的测量，达到对被测对象的检测。，达到对被测对象的检测。 )cos(22122212AAAAA 由于光的频率很高，光电探测器不能检测相位的变化，由于光的频率很高，光电探测器不能检测相位的变化，因此需要用光学干涉技术将相位调制转换为振幅调制。被测因此需要用光学干涉技术将相位调制转换为振幅调制。被测对象导致光的相位变化，然后用干涉仪来检测这种相位变化对象导致光的相位变化，然后用干涉仪来检测这种相位变化而得到被测

32、对象的信息。而得到被测对象的信息。利用光弹效应的声、压力或振动传感器；利用光弹效应的声、压力或振动传感器；利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器；利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器；利用电致伸缩的电场、电压传感器利用电致伸缩的电场、电压传感器 利用利用SagnacSagnac效应的旋转角速度传感器（光纤陀螺）效应的旋转角速度传感器（光纤陀螺） 优点：优点：灵敏度很高，灵敏度很高， 缺点：缺点：特殊光纤及高精度检测系统，成本高。特殊光纤及高精度检测系统，成本高。5.3 光纤传感器的应用：光纤位移传感器光纤传感器的应用：光纤位移传感器 透射式透射式反射式反射式 光纤温度传感器光纤温度传感器 反射式反射

33、式相位变化相位变化 振幅变化振幅变化 光纤压力传感器光纤压力传感器 相位调制相位调制 偏振态调制偏振态调制强度调制强度调制 反射型反射型强度调制强度调制光纤加速度传感器光纤加速度传感器v加速度有各种形式如直线加速度，曲线加速度及振动加速度等。光纤加速度传感器最适合测量微小振动加速度。当低频振动时，当低频振动时，x与惯性力与惯性力成比例即与物体的振动加成比例即与物体的振动加速度成比例。速度成比例。 当振动频率提高到振动子的当振动频率提高到振动子的固有振动频率时，产生共振。固有振动频率时，产生共振。这时距离这时距离x与加速度不存在比与加速度不存在比例关系。例关系。如果振动频率再进一步提如果振动频率

34、再进一步提高重物就停止振动，呈现高重物就停止振动，呈现相对静止状态。只有位移。相对静止状态。只有位移。易燃易爆场合易燃易爆场合 控控 制制 室室光光 纤纤各类油罐各类油罐参数检测参数检测压力容器压力容器参数检测参数检测核工业环境核工业环境参数检测参数检测煤矿中煤矿中CH4等参数检测等参数检测高电压、强磁场场合高电压、强磁场场合 控控 制制 室室光光 纤纤高压高压变压器变压器高压高压电动机电动机强电磁干扰强电磁干扰电气设备电气设备微波微波设备设备实时在线检测实时在线检测 取样取样送检送检样品样品光谱仪光谱仪被测物被测物传统光谱仪传统光谱仪物质成分检测物质成分检测光纤光纤光纤光谱仪光纤光谱仪被测物被测物光纤光谱仪光纤光谱仪物质成分检测物质成分检测光纤转速传感器光纤转速传感器 非接触测量方式非接触测量方式LEDPIN光纤光纤点式光纤液位控制器点式光纤液位控制器 适用于适用于 高、低液位报警高、低液位报警 密封加油控制密封加油控制LEDPIN液体液体LEDPIN液体液体光纤液位控制器光纤液位控制器 光纤温度传感器光纤温度传感器 LEDP