光纖傳感器的結構原理

光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經過光纖送入調制器，使待測參數與進入調制區的光相互作用后，導致光的光學性質（如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等）發生變化，稱為被調制的信號光，再利用被測量對光的傳輸特性施加的影響，完成測量。

光纖傳感器是一種將被測對象的狀態轉變為可測的光信號的傳感器。光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經由光纖送入調制器，在調制器內與外界被測參數的相互作用， 使光的光學性質如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等發生變化，成為被調制的光信號，再經過光纖送入光電器件、經解調器后獲得被測參數。整個過程中，光束經由光纖導入，通過調制器后再射出，其中光纖的作用首先是傳輸光束，其次是起到光調制器的作用。

導纖維是利用光的完全內反射原理傳輸光波的一種介質，它是由高折射率的纖芯和包層所組成。包層的折射率小于纖芯的折射率，直徑大致為0.1mm～0.2mm。當光線通過端面透入纖芯，在到達與包層的交界面時，由于光線的完全內反射，光線反射回纖芯層。這樣經過不斷的反射，光線就能沿著纖芯向前傳播且只有很小的衰減。光纖式傳感器就是把發射器發出的光線用光導纖維引導到檢測點，再把檢測到的光信號用光纖引導到接收器來實現檢測的。按動作方式的不同，光纖式傳感也可分為對射式、漫反射式等多種類型。光纖式傳感器可以實現被檢測物體在較遠區域的檢測。由于光纖損耗和光纖色散的存在，在長距離光纖傳輸系統中，必須在線路適當位置設立中級放大器，以對衰減和失真的光脈沖信號進行處理及放大。

（1）物性型光纖傳感器原理，物性型光纖傳感器是利用光纖對環境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調制的光信號。其工作原理基于光纖的光調制效應，即光纖在外界環境因素，如溫度、壓力、電場、磁場等等改變時，其傳光特性，如相位與光強，會發生變化的現象。

因此，如果能測出通過光纖的光相位、光強變化，就可以知道被測物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型光纖傳感器。激光器的點光源光束擴散為平行波，經分光器分為兩路，一為基準光路，另一為測量光路。外界參數（溫度、壓力、振動等）引起光纖長度的變化和相位的光相位變化，從而產生不同數量的干涉條紋，對它的模向移動進行計數，就可測量溫度或壓等。

（2）結構型光纖傳感器原理，結構型光纖傳感器是由光檢測元件（敏感元件）與光纖傳輸回路及測量電路所組成的測量系統。其中光纖僅作為光的傳播媒質，所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。

點傳感器，在點傳感器中，每個傳感器都是離散的，必須單獨回程，因此點傳感器適用于較短長度的部署，同時基于光纖布拉格光柵（FBG）點傳感器可以在具有高分辨率和靈敏度的FBG的特定位置測量參數。

準分布式傳感器，準分布式傳感器使用多個嵌入光纖的FBG，通過修改光纖芯的折射率，使得某些波長的光能夠通過，而其他波長的光反射回光源。每個FBG都可以反射特定的波長，從而使每個FBG都可以沿光纖路徑識別。準分布式傳感在整個光纜上并不敏感，但是在各個局部點極為敏感。

分布式光纖傳感器，分布式光纖傳感器（DFOS）是一種能夠沿整條光纖光纜進行連續測量的技術，它具有以下特點：傳感元件、僅針對光纖、靈敏度高、抗電磁干擾以及測量范圍大。DFOS應用類型包括分布式溫度傳感（DTS）、分布式聲學傳感（DAS）和分布式應變傳感（DSS）。DTS是將光纖本身作為傳感原件來測量整條光纖光纜的溫度分布，DTS代表的是一種在長距離內獲得準確和高分辨率溫度測量的經濟有效的辦法。DAS使用光纖來檢測聲學振動。DSS是沿光纖傳感器光纜提供空間分辨率的延長率曲線，通過在資產橫截面的不同位置組合多條傳感器光纜，DSS用于計算資產（被測設備）的延長率（應變）、形狀（彎曲半徑和彎曲方向）、扭曲度等。