光纤传感器的类型分类

1.光纤位移传感器

图10.3-3所示为全反射式位移传感器，这是一种高灵敏度传感器，两支光纤的端面磨成如图中式样，端面倾角为θ。光在端面全反射时，一部分光能量可达到端面外侧。假如把两支光纤的端面靠得非常近，渗出的光能几乎无损失地全部传入第二支光纤中。若两支光纤端面距离增加时，传入第二支光纤中的光能量（或光通量）便急剧减少。计算表明，若端面倾角θ＝76°，位移x＝0.15μm时，输出光强会减少1/10。实际上，由于光纤端面的不完善等因素的影响，灵敏度还会下降些。

图10.3-4所示为两支光纤之间放活动闸门，以代替移动光纤的传感器。活动闸门的位移量可通过进入第二支光通量的大小来反映。为提高灵敏度，可用栅格方法，如图10.3-4（b）所示，但这种结构因增加光纤端面间的距离，需要在光纤端面上组装光学透镜，以提高光的传输效率。

图10.3-5所示是敏感型位移传感器的几种形式。图10.3-5（a）表示位移改变了光纤的长度，光纤长度变化又引起光纤直径内应力的变化，由于这些因素的影响，光在光纤中通过时发生光相位的变化。利用另一支光纤来传输相位未发生变化的参考光，使相位发生变化的测量先与参考光相干涉，根据干涉后的输出光强就可测出位移的大小。

图10.3-4　光闸门型光纤位移传感器

（a）光闸门型；（b）栅格移动型

图10.3-5（b）是位移引起光纤弯曲，增加传输损耗，使输出光强发生变化，同样与光强未发生变化的参考光相比，也可测出位移的大小。

图10.3-5　敏感型光纤位移传感器

（a）利用光纤长度的变化；（b）利用光纤弯由损耗；（c）利用光纤变形引起特性变化

图10.3-5（c）是利用螺旋形光纤，综合了图10.3-5（a）和图10.3-5（b）两种形式，使光强和相位均产生变化，由于前两种形式都需要较大的外力才能使光纤产生位移，故限制了使用，而图10.3-5（c）形式不需要较大的外力就能使光纤产生位移和变形，并且具有很高的灵敏度。

光纤位移传感器可应用在防灾安全方面，例如在贮藏石油和可燃性气体的容器装上数个光纤位移传感器后，当贮存的容器出现异常现象（如裂痕、膨胀等）时，传感器就能把它检测出来，并进行报警或控制。(www.xing528.com)

由于光纤位移传感器可以在狭小空间传播信号。能在一些恶劣环境下工作，故也适用于罐车、桥梁、水库、核反应堆等地方的位移测量。但在实际使用中，光纤位移传感器的稳定性还是一个问题，这是目前光纤传感器的弱点之一，提高稳定性是一个很关键的问题。

2.光纤压力、振动传感器

（1）敏感型光纤压力、振动传感器。敏感型光纤压力、振动传感器的工作原理是利用光纤受压力弯曲或变形，引起光纤传输特性发生变化的性质来检测压力的大小。光纤受压的两种形式如图10.3-6所示。

图10.3-6（a）为光纤受均匀压力的形式。均匀受力的光纤其折射率、几何形状、尺寸等均会发生连续变化。光在光纤中传播时，根据光弹性效应，光的相位、极化面（偏振面）也将发生变化，利用这一特性可以测量作用压力大小。

图10.3-6（b）是光纤受不均匀力的形式（一点或多点受力）的情况。光纤受不均匀的分点压力会使光纤的折射率发生不连续变化，因而增加了光纤的损耗。如果光纤处于直线状态，光纤的传输损耗最小。当光纤外加压力时，出现弯曲形状，则光纤的折射率分布、断面、光轴等均产生很大变化。因此光纤的传输损耗增大。这种形式可以成为有希望的实用化光纤压力传感器。

图10.3-6　敏感型光纤压力传感器

（a）加均匀压力；（b）加不均匀压力

（2）传输型光纤压力、振动传感器。这种传感器是在光纤的一个端面上配置一个一般的压力敏感元件和振动敏感元件构成的，光纤本身只起着光的传导作用。

虽然传输型光纤压力、振动传感器要附加上压力-光或振动-光的转换器件（压力、振动引起光的反射率和透射率的变换方式），但这种传感器内不存在电信号，所以对于医用来说比较安全。把传感器置入人体内，即使有微小的漏电也会带来危险，故使用这种光纤传感器是非常安全的。

液晶光纤压力传感器是在光纤的前端配置上一个盛液晶的容器，液晶受压时，通过光纤的入射光照射到液晶表面，使液晶的散射光的强度随所受压力的大小而发生变化，因此，可通过检测散射光的强度来反映作用力的大小。这种传感器可以用来测量血压等。但这种液晶光纤传感器的温度稳定性欠佳。

受压板位移型光纤压力传感器是利用承压板上光的反射特性做成的，入射光和输出光都用许多光纤组成的光纤来传输，光纤束的端面和承压板之间存在一个间隙。承压板受压时，间隙发生变化，从输入光纤上传输的入射光经承压板反射后进入输出光纤，到达终端的光强度随间隙的变化而变化。光强度的变化由在传输光纤端面上放置的光接收器来检测。这种类型的压力传感器的温度稳定性也较差。为了提高精度，通常附上一个自动温度校正器，可将测量误差控制在一个较小的数值范围内。