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光纤传感器分类有哪些?

更新时间:2025-12-07 16:20:14

分类: 光电器件

定义: 光纤传感器凭借抗干扰性强、精度高、适用范围广等优势,在多个领域得到广泛应用。但很多人对光纤传感器的分类并不了解,其实根据不同的划分标准,光纤传感器可以分为多种类型。

光纤传感器分类有哪些? 详述

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一、按传感原理分类

功能型光纤传感器(又称传感型光纤传感器):光纤既作为传输介质,又作为敏感元件。当外界环境变化时,光纤自身的光学特性(如折射率、长度、直径等)会发生改变,从而影响光的传输特性。例如,光纤光栅传感器就是典型的功能型传感器,光栅的周期会随外界应力、温度变化而改变,导致反射光的波长发生偏移,通过检测波长变化就能得知外界参数的变化。这类传感器测量精度高,但光纤制作工艺复杂,成本相对较高。?

非功能型光纤传感器(又称传光型光纤传感器):光纤仅作为光的传输介质,敏感元件是其他类型的传感器。光从光源发出后,经光纤传输到敏感元件,敏感元件受外界环境影响改变光的特性(如强度、相位等),再经光纤传输到检测器。比如,利用光纤传输激光到红外探测器,检测外界温度对红外光强度的影响,此时光纤不参与传感,仅负责传光。这类传感器结构简单,成本较低,应用较为广泛。?

二、按光的调制方式分类

强度调制型光纤传感器:通过外界环境改变光的强度来实现传感。例如,当被测物体遮挡光纤端面时,接收端的光强会减弱,以此检测物体的存在;在压力传感器中,压力会改变光纤的弯曲程度,导致光的传输损耗变化,进而引起光强改变。这类传感器结构简单,成本低,但精度相对较低,易受光源波动影响。?

相位调制型光纤传感器:利用外界因素使光的相位发生变化来传感。由于光的相位变化非常灵敏,这类传感器测量精度极高,可检测微小的位移、振动、压力等。比如,干涉型光纤传感器就是通过两束光的相位差变化产生干涉条纹,进而反映外界参数的变化。不过,其对光路稳定性要求高,结构相对复杂。?

频率调制型光纤传感器:基于多普勒效应,当光源与被测物体有相对运动时,反射光的频率会发生偏移,通过检测频率偏移量可测量物体的速度、流量等。在血流速度测量中,激光照射红细胞,反射光的频率变化能反映血流速度,这类传感器响应速度快,测量精度高。?

偏振调制型光纤传感器:外界因素会改变光的偏振状态,通过检测偏振态的变化实现传感。例如,在电流传感器中,磁场会使光纤中的偏振光发生旋光效应,偏振方向的变化与电流大小相关,从而实现电流测量。这类传感器抗干扰能力强,适用于强电磁环境。?

波长调制型光纤传感器:利用外界参数改变光的波长(颜色)来传感。光纤光栅传感器也属于此类,此外,某些荧光物质受外界温度影响时,发射光的波长会发生变化,通过检测波长变化可测量温度。这类传感器稳定性好,抗干扰能力强,在高温、强辐射环境中表现出色。?

三、按测量对象分类

物理量光纤传感器:用于测量温度、压力、应变、振动、位移、速度、加速度、磁场、电场等物理参数。例如,在电力系统中,用于测量高压设备的温度;在桥梁监测中,检测桥梁的应变和振动情况。?

化学量光纤传感器:可检测气体成分、液体浓度、酸碱度(pH 值)等化学参数。比如,在环境监测中,检测空气中的有害气体浓度;在水质检测中,测量水中重金属离子的含量。?

生物量光纤传感器:用于检测生物分子、细胞、蛋白质等生物参数。在医疗领域,可检测血液中的葡萄糖浓度、氧气含量等;在生物制药中,监测发酵过程中的生物活性物质。?

四、按光纤数量分类

单光纤传感器:仅使用一根光纤完成光的传输和传感功能。结构紧凑,体积小,适合在空间狭小的环境中使用,如人体内的微创手术监测。?

多光纤传感器:由多根光纤组成,可实现多点测量或多参数同时测量。例如,在大型建筑结构监测中,多根光纤分布在不同位置,能同时检测多个点的应变和温度,实现分布式监测。?

五、按光纤类型分类

单模光纤传感器:采用单模光纤作为传输介质,光在光纤中沿单一模式传输,具有传输损耗小、带宽大、抗干扰性强等特点,适用于长距离、高精度测量,如海底光缆的应变监测、远距离温度传感等。?

多模光纤传感器:使用多模光纤,光在光纤中沿多种模式传输,其芯径较大,易于耦合光信号,成本较低,但传输距离较短,精度相对单模光纤传感器略低,适合短距离、中低精度的测量场景,如工业生产线的近距离位置检测。?

六、按应用场景分类

工业用光纤传感器:主要用于工业生产中的温度、压力、液位、位移等参数检测,如在汽车制造中监测焊接温度,在化工生产中检测管道压力。?

医疗用光纤传感器:用于人体生理参数的检测,如体温、血压、血氧饱和度等,具有体积小、安全性高、可植入等特点,适用于微创手术和长期生理监测。?

环境监测用光纤传感器:可检测大气污染、水质、土壤湿度等环境参数,如在森林中监测火灾隐患(通过温度和烟雾传感),在河流中检测水质的 pH 值和污染物浓度。?

军事用光纤传感器:用于军事领域的侦察、导航、武器系统监测等,如在舰艇上监测振动和噪声,在边境安防中实现分布式入侵检测,具有抗干扰性强、隐蔽性好的优势。

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