传感器的应用及检测

偏振调制光纤传感器，这是一种利用光的偏振态的变化传递被测对象信息的传感器。常见的有利用光在磁场媒质内传播的法拉第效应做成的电流、磁场传感器，利用光在电场中的压电晶体内传播的泡克尔斯效应做成的电场、电压传感器，利用物质的光弹效应构成的压力、振动或声传感器，以及利用光纤的双折射性构成温度、压力、振动等传感器。这类传感器可以避免光源强度变化的影响，灵敏度高。

高灵敏度。高灵敏度是光学测量的优点之一。利用光作用为信息载体的光纤传感器的灵敏度很高，它是某些精密测量与控制的的工具。

电绝缘。因为光纤本身是电介质，而且敏感元件也可用电介质材料制作，因此光纤传感器具有良好的电绝缘性，特别适用于高压供电系统及大容量电机的测试。

非功能型（或称传光型）光纤传感器。如图4.4.5(b)所示，光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。此类光纤传感器无须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，应用于对灵敏度要求不太高的场合。目前，已实用化或尚在研制中的光纤传感器，大多是非功能型的。

功能型（全光纤型）光纤传感器。如图4.4.5(a)所示，光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制。此类传感器的优点是结构紧凑、灵敏度高，但是，它需用特殊光纤的检测技术，因此成本高。其典型例子如光纤陀螺、光张水听器等。

   光纤传感器可分为以下4种不同的调制形式。

拾光型光纤传感器。如图4.4.5(c)所示，用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如：光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。

抗电磁干扰。这是光纤测量及光纤传感器的极其的性能特征，因此光纤传感器特别适用于高压大电流、强磁场噪声、强辐射等恶劣环境中，能解决许多传统传感器无法解决的问题。

根据光受被测对象的调制形式分类

强度调制型光纤传感器，这是一种利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等参数的变化，而导致光强度变化实现敏感测量的传感器。常见的利用光纤的微弯损耗，各种物质的吸收特性，振动膜或液晶的反射光强度的变化，物质因各种粒子射线 或化学、机械的激励而发光的现象，以及物质的荧光辐射或光路的遮断等构成压力、振动、位移、气体等各种强度调制型光纤传感器。这类光纤传感器的优点是结构简单、容易实现、成本低。其缺点是受光源强度的波动和连接器损耗变化等的影响较大。

光纤传感器的特点

非侵入性。由于传感器头可做成电绝缘的，而且其体积可以做得很小（最小可做到只稍大于光纤的芯径），因此它不仅对电磁场是非侵入式的，而且对速度场也是非侵入式的，故对被测场的不产生干扰。这对于弱电磁场及小管道内流速、流量等的监测特别具有实用价值。

容易实现对被测信号的远距离监控。由于光纤的传输损耗很小（目前石英玻璃系光纤的最小光损耗可低达0.16dB/km），因此光纤传感器技术与遥测技术相结合，很容易实现对被测场的远距离监控，这对于工业生产过程的自动控制及对核辐射、易燃、易爆气体和大气污染等进行监测尤为重要。

频率调制光纤佑，这是一种利用由被测对象引起的光频率的变化进行监测的传感器。通常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。

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，使敏感元件的折射率或传播常数发生变化，而导致光的相位变化，然后用干涉仪检测这种相位变化而得到被测对象的信息。通常有：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，利用电致伸缩的电场、电压传感器，以及利用Sagnac效应的旋转角速度传感器（光纤陀螺）等。这类传感器的灵敏度很高，但由于需用特殊光纤及高精度检测系统，因此成本很高。