第四章 光纤传感器

第一节 光导纤维（光纤）

光纤传感器优点：（1）与其它传感器相比，它具有很高的灵敏度。

（2）频带宽动态范围大。

（3）可根据实际需要做成各种形状。

（4）可以用很相近的技术基础构成传感不同物理量的传感器，这些物理量包括声场、磁场、压力、温度、加速度、转动（陀螺）、位移、液位、流量、辐射等等。

（5）便于与计算机和光纤传输系统相连，易于实现系统的遥控和控制。

（6）可用于高温、高压、强电磁干扰、腐蚀等各种恶劣环境。

（7）结构简单、体积小、重量轻、耗能少。

光纤传感器可分为振幅型（也叫强度型）和相位型（也叫干涉仪型）两种。振幅传感器的原理是：待测的物理扰动与光纤敏感元件相互作用，直接调制光强。相位传感器的原理是：在一段单模光纤中传输的相干光，因待测物理场的作用，产生相位调制。

4.1.3 光纤的几个重要参数

1.数值孔径(NA)  2.传播模式   3.传播损耗

4.1.4 光纤的类型

1.按折射率变化类型分类:阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。

2.按传播模式的多少分类:单模光纤和多模光纤。

3.按用途分类:普通光纤和非通信光纤。

第二节 强度型（振幅型）光线传感器

4.3.1  基本原理

干涉型光纤传感器的基本换能机理是:在一段单模光纤中传输的相干光,因待测能量场的作用,而产生相位调制。

1.迈克尔逊（Michelson）干涉仪

2.马赫-泽德（Mach-Zehnder）干涉仪

3.萨格奈克（Sagnac）干涉仪

4.法布里-珀罗（Fabry-Perol）干涉仪

5.干涉仪的灵敏度

4.3.2 光纤(强度)干涉仪

4.3.3 相位检测中的几个问题

1.相位检测和强度检测

2.共模抑制

3.相位跟踪系统

    相位跟踪系统的功能,一是抵消任何不必要的大的低频相位漂移,使干涉仪保持平衡,二是提供保证干涉仪在正交状态下工作的相移.相位跟踪系统和光纤相位调制器组成。

4.3.4 相位检测方法

1.零差检测

2.外差检测

3.合成外差检测

4.3.5 光纤声传感器

4.3.6 光纤磁传感器

4.3.7光纤电流传感器

4.3.8 光纤线性加速度计

4.3.9 涡流式光纤流量传感器

第五章    变磁阻式传器

变磁阻式传器是利用被测量调制磁路的磁阻,导致线圈电感量改变,实现对被测量测量的。变磁阻式传器有多种形式，本章重点讨论电感式、变压器式等几种变磁阻式传器。

电感式位移传器不宜作精密测量。