摘 要 本文通过介绍光纤传感器的构造、工作原理，光纤传感器的诸多优点等。说明了光纤传感器的使用范围之广泛，其应用领域遍布我们日常的生活环境中，其重要性可见一斑。显然，光纤技术会越来越得到应用，给我们的生产、生活带来极大的方便与更多的实际利益。
【关键词】光纤传感器 参数 分类 应用
实际中，光纤传感器被用来测量多种物理量：声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，与此同时还可以完成某些现有测量技术难以完成的任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了它独特的性质和能力。
1 光纤原理
光纤传感器即利用光导纤维的传光特性，把将要被测量的量转换为光特性的传感器。其基本工作原理：将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致之前光的光学性质发生变化，再经过光纤送入光探测器，经解调后，获得相应的被测参数。
2 光纤传感优点
光纤传感器具有诸多优点：灵敏度较高，几何形状的高适应性（可以制成任意形状的光纤传感器），可以传感各种不同的物理信息（声、磁、温度、旋转等），可以用于多种恶劣环境，除此之外还与光纤遥测技术具有内在相容性。
灵敏度高，由于光的本质是一种波长极短的电磁波，通过光的相位便得到其光学长度。以光纤干涉仪为例，由于所用光纤直径很小，受到微小的机械外力的作用或温度变化时其光学长度就会发生变化， 从而引起较大的相位变化。
图1：光纤的结构
测量速度快，就目前所知光的传播速度最快且能传送二维信息， 因此可用于高速测量。
适用于恶劣环境，光纤是一种电介质，耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰，可用于其它传感器所不适应的环境中。
3 主要参数
3.1 数值孔径（NA）
如光纤的结构图所示，将
的正弦函数定义为光导纤维的数值孔径（NA）：
数值孔径反映了纤芯接受光量的多少，是标志光导纤维的接受性能的一个重要参数。但无论光源发射率有多大，只有2
张角之内的光功率能被光纤接收传播。
3.2 光纤模式
光纤模式，即光波沿光纤传播的途径和方式。在给定的光纤中，光线只是以某些角度入射时，所传播的光会以不同的角度入射，在界面上反射的次数是不同的。
阶跃型的圆筒波导内传播的模式数量：
式中：d为光纤芯直径；0λ为光波波长
3.3 传播损耗
由于光纤纤芯材料的吸收、散射、弯曲处的辐射损耗等的影响，光在光纤中的传播不可避免的要有损耗。以A来表示传播损耗（dB），则：
式中：I为光纤长度；a为单位长度的衰减；
为光导纤维输入端光强；
为光导纤维输出端光强。
4 光纤在传感器中按作用分类
根据实际的生产生活需要，光纤按其作用分类一般有：功能型传感器、非功能型传感器、拾光型光纤传感器。
4.1 功能型传感器
功能型传感器，利用光纤自身特性把光纤作为敏感元件，对光纤内传输的光进行调制，使传输的光强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化，再通过对被调制过的信号进行解调，从而得出被测信号。
4.2 非功能型传感器
非功能型传感器，利用其它敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为传输介质，常采用单模光纤。光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。
4.3 拾光型光纤传感器
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。
5 光纤传感器的主要应用
实际生产活动中，光纤传感器大多用于温度、压力、液位、流量、流速等的检测。
5.1 温度测量
图2：光纤温度测量系统
如图，是一种光纤高温测量工业钢水温度的系统，测量时，测量光纤插入钢水内。光纤插入钢水瞬间，光纤被烧蚀，端面形成半圆形凹面。在金属套层被烧蚀前，光纤最前端可近似视为黑体。在测量段光纤被烧蚀前，钢水测量点处的温度特性通过对光纤端面的辐射由光纤传输到光电转换及后续的模块进行处理后准确的测量出。
5.2 压力测量（微弯效应）
所谓微弯效应，即光纤在微弯时引起纤芯中传输的光部分投入包层，造成传输损耗。微弯程度不同，泄漏光波的强度也不同，利用此特性达到光强度调制的目的。
5.3 光纤液位传感器
在基于全内反射理论的基础上。当测头没有接触液面（处于空气中）时，光线在探头内发生全内反射，而返回到光电二极管；当测头接触液面，由于液体与空气折射率不相同，所以全内反射被破坏，将部分光线投入液体，使返回光电二极管的光强变弱。
6 发展前景
光纤传感技术伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来，已取得丰硕成果。具有：本质防爆、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便等特点。因此其应用范围非常广泛，且适于恶劣环境中。无论是民用济或国防事业，都能用得上。而今，光纤传感器呈产品化发展，形成了五大应用领域，包括：医学与生物、电力工业、化学与环境、军事领域、智能结构。
可以预见，随着研究的进一步深入及其生产工艺的进一步提高，光纤传感技术会越来越普及，也会有长足的发展。
