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光纤传感器技术简介

摘要：光纤传感器技术经过二十多年的研发阶段，已经步入了实用阶段。光纤传感器特有

的优点以及广泛的种类使其具备了替代传统传感器的能力。通过环境变量对光纤中传输光

束强度、相位、偏振、光谱等光学特性的调制，使光纤传感器能够在远距离监控恶劣环境

中系统的温度、应力、电流等不同的物理量。光纤在这个过程中同时起到了信号传感和传

输的作用。光纤传感技术在工业，生物，工程，智能结构，人居生活等方面都有广阔的应

用前景。本文旨在为读者介绍光纤传感器技术和它的一些应用领域。

关键词：光纤传感器;调制型光纤传感器;分布式传感器;传感器的应用

AnIntroductiontoFiberOpticSensorTechnology

LiuWj

thepastdecades’

andremotelocations.Thesekindsofsensorsmodulatesomefeaturesofthelightwaveinan

opticalfibersuchanintensityandphaseoruseopticalfiberasamediumfortransmittingthe

measurementinformation.Thispaperisanintroductiontofiberopticsensortechnologyandsome

interestingfield.

applications

0引言

光电子学和光纤通信的进步带来了许多新的产业的革命，光纤不仅可以作为一种传输

介质，同时也可以用来设计传感系统。利用光纤作为传感元件，或者通过光纤来和传感元

件联系的技术都包含在光纤传感器技术的范畴内，光纤传感器技术现在已经是光纤技术中

的一个重要分支。光纤质量轻、体积小、电绝缘、耐高温、多参量测量、抗电磁干扰能力

强。同时光纤具有传光特性，无需其他介质就能把待测量值与光纤内光特性变化联系起

来，集信息传感和传输与一体，容易组成光纤传感网络。这些都使它拥有了其它电子传感

器件不具备的优势。

-1-

[1]

光纤传感技术发展大致可以分为三个主要阶段：第一阶段，传输型光纤传感器。20

世纪70年代中后期，光纤作为一种信息交换的基础，通过光学器件把带测量和光纤内的导

光联系起来。第二阶段，单模光纤调制技术。单模光纤的深入应用，形成了强度、相位、

波长、偏振、时分、频率、光栅等光纤传感技术。20世纪80年代中后期，光纤传感器近

百种，光纤传感器开始投入实际使用。第三阶段，20世纪90年代中后期，光纤传感技术

逐步形成五个主要领域：智能结构，工业，生物医学，自然生态和人居环境。

光纤在工业和通信中的大量应用使得光纤材料的成本和性能在近年来进步非常快。这

使得光纤传感器在旋转、加速度、电磁场测量、温度、压力、声学、振动、位移和角度、

[2]

应力、湿度、黏滞性、化学测量等诸多应用领域都具备了替代传统传感器的能力。本文

将介绍光纤传感器的几种基本类型以及它们的具体应用，尽可能展现出光纤传感器技术的

发展现状。

1光纤传感器的分类

光纤传感器的应用范围和采用到的技术种类都非常多，而且随着技术革新，光纤传感器

的应用面也在不断拓宽。一般来说，大家还是按照习惯依据光纤传感器的测量量或者采用的

技术来进行分类。2002年在美国波特兰俄勒冈进行的第15届光纤传感器大会(OFS-15)上发

[3]

表的给类文章按照这两种方式划分的结果显示在图1上。可以看到光栅传感器在应力、温

度、压力和声学、电压电流方面的应用比较多一些；而在技术上，采用光纤光栅的几乎占了

一半，另一些比如干涉仪传感技术，散射等采用的也很多。本节将会对光纤的分类进行整体

性的简介，在这过程中选择一具有代表性的例子进行详述。

图1[3]在OFS-15会议上发表的文章依据测量量（a）和技