光纖傳感器的分類應(yīng)用由于光纖既是一種電光材料又是一種磁光材料，它與電和磁存在著某些相互作用的效應(yīng)，因此它具有“傳”和“感”兩種功能。按照光纖在傳感器中的作用，光纖傳感器可分為兩類：一類是利用光纖本身具有的某種敏感功能的FF型(Functiona1Fiber)。簡稱功能型傳感器；另—類是光纖僅僅起傳輸光波作用，必須在光纖端在加裝其他敏感元件才能構(gòu)成傳感器的NFF型(NonFunctiona1Fiber)，簡稱非功能型傳感器。1．FF型光纖傳感器FF型光纖傳感器的原理結(jié)構(gòu)如圖l0—5所示。FF型光纖傳感器主要使用單模光纖，光纖一方面起傳輸光的作用．另一方面是敏感元件，它是靠被測物理量調(diào)制或影響光纖的傳輸特性，把被測物理星的變化轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制的光信號。因此這一類光纖傳感器又分為光強調(diào)制型、相位調(diào)制型、偏振態(tài)調(diào)制型和波長調(diào)制型等。FF型光纖傳感器典型例子有：利用光纖在高電場下的泡克耳效應(yīng)的光纖電壓傳感器；利用光纖在法拉第效應(yīng)下的光纖電流傳感器；利用光纖微彎效應(yīng)的光纖位移(壓力)傳感器。光纖的輸出端采用光敏元件，它所接受的光信號，便是被測量調(diào)制后的信號，并使之轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴Ｓ捎诠饫w本身也是敏感元件，因此加長光纖的長度，可以提高靈敏度。這類光纖傳感器技術(shù)上難度較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整也較困難。2．NFF型光纖傳感器NFF型光纖傳感器的原理結(jié)構(gòu)如圖10—6所示。在NFF型傳感器中，光纖不是敏感元件，即不“傳”不“感”。七是利用在光纖的端面或在兩根光纖中間，放置光學(xué)材料及機械式或光學(xué)式的敏感元件，感受被測物理量的變化。NFF型傳感器又可分為兩種：一種是把敏感元件置于發(fā)送、接收光纖的中間，如圖10—6(a)所示，在被側(cè)對象參數(shù)作用下或使敏感元件遮斷光路，或使敏感元件的光穿透率發(fā)生某種變化，于是，受光的光敏元件所接收的光量促成為被測對象參數(shù)調(diào)制后的信號；另一種是在光纖終端設(shè)胃“敏感元件+發(fā)光元件”的組合體，如圖10—6(b)所不，敏感元件感知被測對象參數(shù)的變化，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦殴?，輸出給發(fā)光元件(例如LED)，最后光敏元件以發(fā)光元件(LED)的發(fā)光強度作為測量所得信息。由于要求NFF型傳感器能傳輸盡量多的光信息，所以應(yīng)采用多模光導(dǎo)纖維。NFF型傳感器結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，技術(shù)上容易實現(xiàn)，便于推廣應(yīng)用，但靈敏皮比FF型傳感器低，測量精度也較低。3．光纖傳感器的應(yīng)用下面以光強調(diào)調(diào)制型光纖傳感器為例，介紹光纖傳感器的應(yīng)用原理。光纖位移和壓力傳感器：微彎曲損耗的機理是表明光纖微彎對傳播光的影響。假如光線在光纖的直線段大于臨界角射入界面，即Φ1〉Φc，叭，則光線在界面上產(chǎn)生全反射；當(dāng)光線射在微彎曲段的界面上：時，Φ1《Φc，這時，一部分光在纖芯和包層的界面上反射，另—部分光則透射進入包層，從而導(dǎo)致光能損耗?；谶@一原理研制成光纖微彎曲位移(壓力)傳感器，如圖10—7所示。光纖微彎曲位移(壓力)傳感器由兩塊波形板(變形器)構(gòu)成，其中一塊是活動板，另一塊是固定板。波形板一般采用尼龍、有機玻璃等非金屬材料制成。一根階躍型多模光纖(或漸變型多模光纖)從一對波形板之間通過。當(dāng)活動板受到微擾(位移或壓力作用)時，光纖就會發(fā)生周期性微彎曲，引起傳播光的散射損耗，使光在芯模中再分配。例如，活動板的位移或所加壓力增加時，泄露到包層的散射光隨之增加；反之，光纖芯模的輸出光強度就減小。光纖芯透射光強度與外力的關(guān)系如圖10—8所示。光強受到了調(diào)制，通過檢測光纖透射光強度或泄漏出包層的散射光強度就能側(cè)出位移(或壓力)。光纖位移或壓力傳感器的一個突出優(yōu)點是光功率維持在光纖內(nèi)部，這樣可以避免周圍環(huán)境的影響，因此適宜在惡劣環(huán)境中使用。而且這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)范圍寬，線性度較好，性能穩(wěn)定，是一種有發(fā)展前途的傳感器。(2)臨界角光纖壓力傳感器：臨界角光纖壓力傳感器也是一種光強調(diào)制型光纖傳感器。如圖10—9所示，在一根單模光纖的端部切割(直接拋光以來)—個反射面，切割角略小于臨界角Φc，Φc由纖芯折射率n1和光纖端部介質(zhì)的折射率n3次定。若周圍介質(zhì)是氣體，則：Φc≈450。若入射光線在界面上的入射角是一定的，由于入射角小于臨界角，一部分光折射入周圍介質(zhì)，另一部分光則返回光纖，