光纤传感器的工作原理解析

以电为基础的传统光电传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置，它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接，如图5-37a所示。光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置，它是由光发送器、敏感元件（光纤或非光纤的）、光接收器、信号处理系统以及光纤构成，如图5-37b所示。

在光纤传感器中，由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。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收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期望的被测量。由此可见，光纤传感器与以电为基础的传统光电传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。传统光电传感器是以机电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。

图5-37 光纤传感器与传统光电传感器的区别

a）传统传感器 b）光纤传感器(www.xing528.com)

光是一种电磁波，其波长从极远红外线的1mm到极远紫外线的10nm。它的物理作用和生物化学作用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矢量E的振动，即

E＝Asin（ωt＋φ） （5-1）

式中，A为电场E的振幅矢量；ω为光波的振动频率；φ为光相位；t为光的传播时间。

可见，只要使光的强度、偏振态（矢量A的方向）、频率和相位等参量之一随被测量状态的变化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制等，就能获得所需要的被测量的信息。