第八节 光纤传感器
传统传感器：以机-电量转换为基础，以电信号为变换和传输的载体，利用导线输送信号。
光纤传感器：以光学量为基础，以光信号为变换和传输的载体，利用光导纤维输送信号。
光纤传感器利用光波四个参数：强度、频率、相位和偏振态的变化 而使光波变化。
光波调制—把光波随被测量的变化而变化称之为光波
一．分类
按调制方式：（1）强度调制(简单常用)；（2）频率调制；（3）相位
调制；（4）偏振调制。
按光纤作用：（1）功能型光纤传感器；（2）传光型光纤传感器。
传光型光纤传感器：光纤仅起着传输光波的作用，对光波的调制用其它元件来实现。分两种情况：（1）传输途中，由敏感元件对光波调制（2）先调制好再发出。 功能型光纤传感器：光纤不仅起着传输光波的作用，还起着敏感元件的作用，对光波进行调治，即传光又传感。
二．光纤导光原理
1．入、折射角 由物理学知，当光由大折射率n1 的介质射入小折射率n2 的介质时(图a)，折射角θr大于入射角θi且θi↑→θr↑。
2．临界角 当θ=900 时所对应的入射角称为临界角θic，见b)图。
3．全反射 当θi >θic 时，将出现全反射现象。光线不进入 n2 介
质，而在界面上全部反射回n1 介质中，见c)图。光波沿光纤是以全反射方式进行传播的
4．光纤结构 光纤结构分内外三层。中心为直径几十微米大折射率n1的芯子。芯子外面有一层直径为100~200微米折射率n2较小包层。最外层为保护层，其折射率n3远大于n2，这样保证了进入光纤的光波将集中在芯子内传输。
5．光传播 一束光线自折射率n0介质中，以入射角θi从A到B点；经折射以入射角θ2射到界面C点。显然当θ2大于某一临界角θ2c时，光线将在截面上产生全反射，反射角θ3=θ2。光线反射到 芯子另测的界面时，入射角仍为θ2，再次产生全反射，如此不断的传播下去。
6．条件 光线从光纤端部射入，其入射角θi必须满足一定条件才能使在B点折射后的BC射到芯子—包层界面C处产生全反射。可以证明若光线自折射率为n0的介质中射入光纤，则θ2=θ2c时，入射角 θi =θic ，有
通常把n0sinθic定义为光纤的“数值孔径”，用符号NA表示。若自n0=1的介质（大气）入射时，sin-1NA=θic，即为端面如社临界角。凡入射角θi< sin-1NA部分光线不能全反射，进行传播。作为传感器的光纤，故采用 0.2≤NA≤0.4 (11.50≤θi ≤23.50 )
三．光纤传感器的应用
应用范围： 温度、压力、声压、振动
四．光纤传感器的特点
（1）不受电磁干扰，电气绝缘性好，可在强磁场下测量。
（2）防爆、放火、耐高压、耐腐蚀。
（3）某些性能优于传统传感器
（4）重量轻，体积小，可在狭窄空间使用。
（5）具有良好的集合形状适应性。
（6）频带宽，动态范围大。
（7）易于远距离测量。
缺点：（1）缺少兼容的执行机构
（2）现场连接困难，技术复杂，成本高。
（3）多路光纤传感器共用光源有困难。
（4）多数传感器很难实现“灵巧性”。
（5）标准化程度差。