什么是光纖傳感器

光纖傳感技術利用光在光纖中傳播時的物理特性來檢測溫度、聲音、振動和應變的變化。光纖傳感器是一種把被測量的狀態轉變為可測的光信號的裝置，由放大器（控制中心）及光纖構成。光纖傳感技術的優點是成本低，光纖和外部傳感器之間不需要離散接口。

光纖傳感器的應用場景

• 電信光纜
• 基礎設施檢測傳感：管道、橋梁
• 火災探測
• SHM（結構健康檢測）
• 石油與天然氣
• 電力與公用事業
• 安全與安保
• 工業
• 土木工程
• 光網絡傳感：保護、檢查或監控光纖網絡
• 運輸
• 其他

光纖傳感器類型

光纖傳感器分為點傳感器、準分布式傳感器和分布式光纖傳感器。

• 點傳感器

在點傳感器中，每個傳感器都是離散的，必須單獨回程，因此點傳感器適用于較短長度的部署，同時基于光纖布拉格光柵（FBG）點傳感器可以在具有高分辨率和靈敏度的FBG的特定位置測量參數。

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• 準分布式傳感器

準分布式傳感器使用多個嵌入光纖的FBG，通過修改光纖芯的折射率，使得某些波長的光能夠通過，而其他波長的光反射回光源。每個FBG都可以反射特定的波長，從而使每個FBG都可以沿光纖路徑識別。準分布式傳感在整個光纜上并不敏感，但是在各個局部點極為敏感。

• 分布式光纖傳感器

分布式光纖傳感器（DFOS）是一種能夠沿整條光纖光纜進行連續測量的技術，它具有以下特點：傳感元件、僅針對光纖、靈敏度高、抗電磁干擾以及測量范圍大。DFOS應用類型包括分布式溫度傳感（DTS）、分布式聲學傳感（DAS）和分布式應變傳感（DSS）。DTS是將光纖本身作為傳感原件來測量整條光纖光纜的溫度分布，DTS代表的是一種在長距離內獲得準確和高分辨率溫度測量的經濟有效的辦法。DAS使用光纖來檢測聲學振動。DSS是沿光纖傳感器光纜提供空間分辨率的延長率曲線，通過在資產橫截面的不同位置組合多條傳感器光纜，DSS用于計算資產（被測設備）的延長率（應變）、形狀（彎曲半徑和彎曲方向）、扭曲度等。

光纖傳感器的工作原理

光纖傳感器的原理是光在光纖中傳播時遇到不均勻介質會被散射，一部分的散射光會返回發射點從而被發射點的分析儀接收。這些返回的光會發生相位偏移等變化，分析儀通過分析這些變化就可以分析出光纖所測量的應變、溫度、聲音等。

（一）光時域反射儀?(OTDR)原理

在OTDR原理中，固態或半導體激光器產生激光脈沖并發送到光纖中，通過分析反向散射光以進行溫度監控，從反向散射光返回檢測單元的時間起，就可以定位溫度發生變化的位置。

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（二）光頻域反射儀?(OFDR)原理

OFDR原理提供了有關局部溫度特征的信息，僅當信號在頻率函數中反向散射時，此信息才可用，同時該原則允許有效利用可用帶寬，此外它還可以在光纖中以最大更新速率實現分布式傳感。

光纖傳感的散射方法

• 拉曼散射效應

拉曼散射效應適用于DTS，該效應在頻率和能量上與入射輻射的頻率和能量有一定差異，差異的變化量取決于分子散射能量和弛豫時在分子中獲得或損失的能量。

• 瑞利散射效應

光子與光纖內的粒子接觸后隨機散射的現象稱為瑞利散射效應，瑞利散射效應用于DAS。

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（三）布里淵散射效應

布里淵散射效應描述了電磁場（光子）與光纖特征密度變化的相互作用，布里淵散射用于DSS。DSS與布里淵散射分析儀結合，其頻率變化與應變變化為線性關系，比較方便讀取，可以監測堤壩水位、水位變化，防止堤壩滲水。

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（四）光纖布拉格光柵

光纖布拉格光柵（FBG）是光纖芯內的微結構，包括對底層玻璃材料的折射率進行周期性調制，如果核心內引導的寬帶光照射到這個周期性微結構上，一個特定的波長會被反射，而其他所有的引導寬帶光都可以不受阻礙地通過，FBG具有作為應變和溫度傳感器的獨特特性。

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光纖傳感光纜

光纖傳感器光纜可用于數據傳輸、溫度測量、聲音、振動和應變。光纖傳感器光纜可用于單模（SM）和多模（MM）光纖或者兩者的組合。對于MM光纖，選擇直徑為50μm或62.5μm的纖芯，與SM光纖相比這會使得更多的光在纖芯中傳播。目前，在大多數情況下50μm纖芯優于62.5μm，并且已成為MM光纖的既定標準。除此之外，MM纖維的橫截面具有漸變指數（GI），這意味著折射率在包層和纖芯之間的過度是逐漸的，這與階躍折射率光纖相反。在突變光纖中折射率從纖芯到包層急劇下降（主要用于SM光纖）。SM光纖的纖芯直徑為9μm，通過只允許光以一種模式傳播將模式色散最小化。MM光纖用于DTS，SM光纖用于DAS。光纖傳感器光纜的主要特點是能夠對事件、溫度、應變、振動和聲學測量進行精確定位，不受電磁干擾（EMI）的影響，適用于爆炸性危險區域，以及小型、靈活且純被動傳感器元件。

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小結

光纖傳感器有多個優點，包括高抗干擾性、長期穩定性、耐用性、輕巧緊湊的外形、本質安全、低成本、實時且多點報警報告、易于部署、無需維護以及寬帶寬，并且光纖傳感廣泛運用于不同領域。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的一文带你详细了解光纤传感器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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