光纤传感器分类技术探讨

1.根据光纤在传感器中的作用

根据光纤在传感器中的作用，光纤传感器分为功能型、非功能型和拾光型三大类。

（1）功能型（全光纤型）光纤传感器 利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤（或特殊光纤）作传感元件，将“传”和“感”合为一体的传感器。光纤不仅起传光作用，而巨还利用光纤在外界因素（弯曲、相变）的作用下，其光学特性（光强、相位、偏振态等）的变化来实现“传”和“感”的功能。因此，传感器中光纤是连续的。由于光纤连续，增加其长度，可提高灵敏度（见图5-38）。

图5-38 功能型（全光纤型）光纤传感器

（2）非功能型（或称传光型）光纤传感器 如图5-39所示，光纤仅起导光作用，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。光纤不连续。此类光纤传感器无需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，用于对灵敏度要求不太高的场合。

（3）拾光型光纤传感器 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（见图5-40）。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。

图5-39 非功能型光纤传感器

图5-40 拾光型光纤传感器

2.根据光受被测对象的调制形式(www.xing528.com)

根据光受被测对象的调制形式，光纤传感器可以分为强度调制型、偏振调制、频率调制、相位调制等。

（1）强度调制型光纤传感器 它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，而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。有利用光纤的微弯损耗；各物质的吸收特性；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来构成压力、振动、温度、位移、气体等各种强度调制型光纤传感器。

优点：结构简单、容易实现，成本低。

缺点：受光源强度波动和连接器损耗变化等影响较大。

（2）偏振调制光纤传感器 它是一种利用光偏振态变化来传递被测对象信息的传感器。有利用光在磁场中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耳斯效应做成的电场、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的温度、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，因此灵敏度高。

（3）频率调制光纤传感器 它是一种利用单色光射到被测物体上反射回来的光的频率发生变化来进行监测的传感器。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。

（4）相位调制传感器 相位调制传感器的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，从而导致光的相位变化，使两束单色光所产生的干涉条纹发生变化，通过检测干涉条纹的变化量来确定光的相位变化量，从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光纤赛格纳克（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，因此成本高。

以上4类光纤传感器可以用表5-2进行对比说明。

表5-2 根据光受被测对象的调制形式的光纤传感器对比说明

注：MM：多模；SM：单模；PM：偏振保持；a、b、c分别为功能型、非功能型、拾光型。