從1977年開始，光纖傳感器在我國興起并快速發(fā)展起來。相比普通的傳感器，光纖傳感器具有高靈敏度、強抗干擾能力、高絕緣強度、耐高溫腐蝕、質(zhì)輕、柔韌等優(yōu)勢，這主要是因為光纖傳感器傳遞信息的載體和方式與一般傳感器不同，它是以光為載體、以光纖為媒介進行信息傳遞的。光纖傳感器的優(yōu)勢就決定了其應(yīng)用的廣泛性。

　　【摘要】現(xiàn)階段，傳感器在我國的生活中應(yīng)用的非常廣泛，光纖傳感器一經(jīng)出現(xiàn)就得到廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，在各個領(lǐng)域和人們的生活中占據(jù)非常重要的地位。本文詳細介紹了光纖傳感器的一些理論，包括光導(dǎo)纖維的原理和分類以及光纖傳感器的原理、分類、特點，并探討了光纖傳感器的應(yīng)用。

　　【關(guān)鍵詞】電氣設(shè)計論文,光導(dǎo)纖維,光纖傳感器,原理,應(yīng)用

　　1光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)與分類

　　光導(dǎo)纖維，即光纖是用非常細的石英玻璃絲制作成的，一般情況下為圓柱形。光纖包括內(nèi)芯和包層兩種結(jié)構(gòu)，正常情況下內(nèi)芯的折射率要大于包層的折射率。光之所以能夠沿著光纖傳播，是因為光被束縛在光纖內(nèi)。

　　光纖的種類具有多樣性，同樣其分類方法也具有多樣性。第一，光纖依據(jù)材料的不同可以分為高純度石英玻璃光纖、多組分玻璃光纖、塑料光纖三種。其中高純度石英玻璃光纖具有光損耗低的特點，多組分玻璃光纖相對塑料光纖來說其光損耗也較低，塑料光纖雖然光損耗較高，但是其成本較低、質(zhì)輕柔軟，短距離導(dǎo)光的性能較好。第二，光纖依據(jù)折射率的不同可以非為階躍折射率光纖和漸變折射率光纖兩種。第三，光纖依據(jù)光線傳播方式的不同可以分為單模光纖和多模光纖兩種。

　　2光纖傳感器的一些理論

　　2.1光纖傳感器的結(jié)構(gòu)和原理

　　光纖傳感器是將光由被測量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量信號的一種裝置，簡單的說就是光纖對光纖內(nèi)部傳輸?shù)墓庑盘栠M行調(diào)制和檢測。光纖傳感器包括光導(dǎo)纖維、光發(fā)送器、敏感元件、光接收器、信號處理系統(tǒng)等，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。

　　圖1光纖傳感器的結(jié)構(gòu)圖

　　光纖傳感器的原理是光源由光發(fā)送器發(fā)出到敏感元件，敏感元件對其進行調(diào)制，然后經(jīng)過光纖耦合之后發(fā)送到光接收器，光接收器將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘�，電信號進入信號處理系統(tǒng)后被測量得到所需數(shù)據(jù)。

　　2.2光纖傳感器的優(yōu)點

　　光纖傳感器之所以能夠得到廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展，是因為其具備了普通傳感器所不具備的優(yōu)點，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　�。�1）靈敏度高。光纖傳感器是以光作為載體的，光學測量高靈敏度的特點就決定了光纖傳感器也具有高靈敏度。這個優(yōu)點使光纖傳感器在精密測量中應(yīng)用廣泛。

　　（2）惡劣環(huán)境適應(yīng)能力強。光纖傳感器的信息傳播媒介是光纖，而光纖抗電磁干擾能力強、電絕緣能力強、耐腐蝕能力強，這就決定了光纖傳感器對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力強，因此它被廣泛應(yīng)用于石油化工、礦井等環(huán)境比較惡劣的領(lǐng)域中。

　�。�3）測量速度快。光具有最快的傳播速度，其作為光纖傳感器的載體，大大提升了傳感器測量的速度，使之在高速測量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

　　（4）信息容量大。光的高頻率使其能夠容納較寬的頻帶，加之光纖傳感器的載體為光，可以實現(xiàn)多路信號在同一根光纖的同時傳播。

　�。�5）遠距離監(jiān)控容易。光纖傳感器光損耗低的特點決定了可以對被測對象進行遠距離監(jiān)控，這種監(jiān)控可以通過光纖傳感器技術(shù)或者遙測技術(shù)實現(xiàn)。

　　3光纖傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域

　　3.1在石油化工系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　石油化工系統(tǒng)的工作環(huán)境具有高溫、高壓、化學腐蝕強、電磁干擾強等特點，一般的傳感器在這種環(huán)境下很難發(fā)揮其作用，而光纖傳感器所具有的體積小、質(zhì)量輕、容易彎曲、抗電磁干擾、抗輻射等特點就決定了其能夠在惡劣環(huán)境下使用，因此，光纖傳感器可以應(yīng)用到石油化工系統(tǒng)中進行油井相關(guān)參數(shù)的測量，不斷促進油氣、石油等領(lǐng)域的發(fā)展。此外，光纖傳感器還勘探鉆井方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，這主要是由于其具有高溫抵抗能力強、感應(yīng)能力強、需求空間小等特點決定的。

　　3.2在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　電力系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)分布廣、分布點多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精確度高等特點，將光線傳感器應(yīng)用到其中能夠確保電力系統(tǒng)的正常運行。第一，針對電力系統(tǒng)分布廣、分布點多的特點，光纖傳感器能夠?qū)ζ浞謩e進行檢測，且其所具備的靈敏度高的特點使光纖傳感器在突發(fā)事件下及時作出相應(yīng)反應(yīng)，能夠避免事故的發(fā)生；第二，基于光纖傳感器制作的電功率傳感器，能夠替代電磁測量在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，并且能夠彌補傳統(tǒng)電磁測量的不足。

　　3.3在醫(yī)學方面的應(yīng)用

　　非功能型光纖傳感器在醫(yī)學方面應(yīng)用的特別廣泛。這類傳感器具有質(zhì)輕柔軟、體積小、抗干擾能力強、絕緣能力強等特點，加之光纖傳感器的測量精度高，使之在醫(yī)學方面主要由以下幾個方面的應(yīng)用：第一，測量pH值；第二，測量溫度；第三，測量壓力；第四，傳輸醫(yī)用圖像；第五，測量血流速度。

　　3.4在土木工程中的應(yīng)用

　　現(xiàn)階段，我國土木工程面臨的最重要最難解決的問題就是重大安全事故問題，安全事故會造成人員傷亡和經(jīng)濟損失，是長時期以來一直難以攻克的難題。而光纖傳感器的出現(xiàn)將很好的解決這一難題，這主要是因為光纖傳感器的測量精度高、測量距離遠，能夠滿足土木工程對測量的要求，現(xiàn)階段它在土木工程中主要應(yīng)用在以下幾個方面：第一，對隧道的監(jiān)測；第二，對橋梁的監(jiān)測；第三，對邊坡的監(jiān)測。

　　3.5在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用

　　一方面，光纖傳感器能夠用于軍事探測領(lǐng)域，以光纖聲吶陣的形式探測敵方的潛艇，盡管現(xiàn)階段光纖聲吶陣還處于試驗階段，但是在不久的將來必將成為現(xiàn)代軍事的重要探測和定位方式；另一方面，光纖傳感器還能夠用于導(dǎo)彈的制造中，以光纖陀螺儀的形式進行導(dǎo)彈姿態(tài)的測量，在制造導(dǎo)彈、控制導(dǎo)彈和追蹤目標的過程中發(fā)揮著不可替代的作用，現(xiàn)階段，光纖陀螺儀已經(jīng)在軍事領(lǐng)域中投入使用。

　　3.6在環(huán)境監(jiān)控中的應(yīng)用

　　使用光纖傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對水和大氣進行持續(xù)、遠程的監(jiān)控，它不僅操作方便而且監(jiān)控的結(jié)果較為真實可靠。

　　在水質(zhì)監(jiān)測方便，基于光纖傳感器的多種傳感器如光纖pH傳感器、光纖離子傳感器、光纖化合物傳感器等，可以在不同的方便對水質(zhì)進行監(jiān)測。在大氣監(jiān)測方面，氧分壓和二氧化碳分壓都可用光纖傳感器進行監(jiān)測，不僅靈敏度高而且穩(wěn)定性也比較好。

　　3.7在飛機飛行控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　現(xiàn)階段，我國科學技術(shù)飛速發(fā)展，飛機的飛行控制系統(tǒng)中已經(jīng)開始適應(yīng)一些光纖傳感器和光電元件，而隨著數(shù)字電子式飛機飛行控制系統(tǒng)的深入發(fā)展，光纖傳感器在飛行控制系統(tǒng)中將得到更加廣泛的應(yīng)用，如時間分割多路傳輸型光纖傳感器、相干頻率調(diào)制載波型光纖傳感器等。

　　綜上所述，現(xiàn)階段光纖傳感器憑借其優(yōu)勢已經(jīng)在我國的各個領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮著不可替代的作用，不斷推動著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展。但是，光纖傳感器現(xiàn)階段的技術(shù)仍然存在著一些問題，難以滿足社會的實際需求，如光源波動、探測器老化等都會影響光纖傳感器的輸出信號，光纖傳感器各個部件的性能對其測量精度也有一定的影響等。因此，我們還需要進一步加強對光纖傳感技術(shù)的研究，不斷推出新的傳感原理，掌握傳感器各個部件的性能，以減小外部環(huán)境及內(nèi)部構(gòu)造對光纖傳感器的影響。要將微處理技術(shù)和計算機軟件技術(shù)充分滲透到光纖傳感器中，發(fā)展以集成化、自動化和工程化為目標的新型光纖傳感器。

　　參考文獻：

　　[1]李彩.光纖傳感器的原理及應(yīng)用[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013（2）.

　　[2]尹林.光纖傳感器及其應(yīng)用研究[J].電子制作，2013（4）.

　　[3]李亞婷.光纖傳感器的應(yīng)用[J].電子制作，2012（10）.

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