（VIP专享）第四章(8)-光纤传感器课件.ppt

1、4.8光纤传感器光纤传感器精勤求学 敦笃励志 果毅力行 忠恕任事光纤光纤光导纤维，是由光导纤维，是由石英、玻石英、玻璃、塑料璃、塑料等光折射率高的介质材料制等光折射率高的介质材料制成的极细的纤维，是一种理想的光传成的极细的纤维，是一种理想的光传输线路。输线路。光纤传感器光纤传感器（Fiber Optic SensorFiber Optic Sensor，FOSFOS）兴起于）兴起于2020世纪世纪7070年代，是一类较年代，是一类较新的光敏器件，它是利用被测量对光新的光敏器件，它是利用被测量对光纤内传输的光波进行调制，使光波的纤内传输的光波进行调制，使光波的一些参数，如一些参数，如强度、频率、

2、波长、相强度、频率、波长、相位、偏振态位、偏振态等特性产生变化来工作。等特性产生变化来工作。可以测量可以测量位移、加速度、压力、温度、位移、加速度、压力、温度、磁、声、电磁、声、电等物理量。等物理量。4.8.1 光纤传感器光纤传感器 概述概述 l 光导纤维光导纤维(光纤光纤)受到外界环境因素的影响，如温度、压力、受到外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等环境条件变化，将引起其传输的光波量，如光电场、磁场等环境条件变化，将引起其传输的光波量，如光强、相位、频率、偏振态等变化。强、相位、频率、偏振态等变化。l 光纤传感技术就是将温度、压力、电场、磁场的变化转化为光纤传感技术就是将温度、压力

3、、电场、磁场的变化转化为光波量的变化的技术。光纤传感器通过光导纤维把输入变量光波量的变化的技术。光纤传感器通过光导纤维把输入变量转换成调制的光信号。转换成调制的光信号。l 光纤传感器是光纤传感器是2020世纪世纪7070年代中期发展起来的一门新技术，光年代中期发展起来的一门新技术，光纤最早用于通讯，随着光纤技术的发展，光纤传感器得到进纤最早用于通讯，随着光纤技术的发展，光纤传感器得到进一步发展。与其它传感器相比较，一步发展。与其它传感器相比较，l 光纤传感器有如下特点：光纤传感器有如下特点：不受电磁干扰，防爆性能好，不会漏电打火；不受电磁干扰，防爆性能好，不会漏电打火；可根据需要做成各种形状，

4、可以弯曲；可根据需要做成各种形状，可以弯曲；可以用于高温、高压、绝缘性能好，耐腐蚀。可以用于高温、高压、绝缘性能好，耐腐蚀。光纤的发展光纤的发展 v 19661966年高琨博士提出光纤传输的理论年高琨博士提出光纤传输的理论v 19691969年日本平板玻璃公司制出年日本平板玻璃公司制出200dB/KM200dB/KM梯度光纤梯度光纤v 19701970年美康宁公司制出世界第一根年美康宁公司制出世界第一根20dB/KM20dB/KM低损耗低损耗光纤光纤v 19721972年日本电子技术综合研究所制出年日本电子技术综合研究所制出7dB/KM SiO7dB/KM SiO2 2芯光纤芯光纤v 1973

5、1973年美贝尔实验室用化学沉积法（年美贝尔实验室用化学沉积法（CVDCVD）制光纤）制光纤v 19781978年对年对1.5m1.5m光传输接通理论值约光传输接通理论值约0.2dB/KM0.2dB/KMv 19801980年光通讯产业形成年光通讯产业形成一：光纤传感器的光源一：光纤传感器的光源v 见网页二：光纤传感器的光探测器二：光纤传感器的光探测器第十章介绍的常用的光探测器：第十章介绍的常用的光探测器：光敏二极管、光敏三极管、光电倍增管等光敏二极管、光敏三极管、光电倍增管等传光原理传光原理：光在光纤界面内产生全反射。：光在光纤界面内产生全反射。光纤光纤通常由通常由纤芯、包层纤芯、包层及及保

6、护套保护套组成。纤芯是由组成。纤芯是由玻璃、石英或塑料等材料制成的圆柱体，直径约为玻璃、石英或塑料等材料制成的圆柱体，直径约为5 5150150m m。包层的材料也是玻璃或塑料等，但纤。包层的材料也是玻璃或塑料等，但纤芯的折射率芯的折射率n n1 1稍大于包层的折射率稍大于包层的折射率n n2 2。外套起保护。外套起保护光纤的作用。较长的光纤又称为光缆。光纤的作用。较长的光纤又称为光缆。4.8.2 4.8.2 光纤结构光纤结构 纤芯纤芯包层包层涂覆层涂覆层护套护套011sinsinsin 90ircnnn当当 时，发射全反射，即：时，发射全反射，即：290r21sin/cnn222201112

7、1sinsin 901icnnnnnnn光纤传光原理光纤传光原理 n n1 1n n2 2n n3 3光纤结构光纤结构护护套套包包层层纤纤芯芯irc2rn n1 1n n2 2n n3 3122sinsincrnn 以入射角小于以入射角小于i i进入光纤的光线将形成全反射被引进入光纤的光线将形成全反射被引导至光纤输出端，并以近似等于入射角的角度射出。导至光纤输出端，并以近似等于入射角的角度射出。c c称为临界角，称为临界角，2 2i i为为接受角接受角，处于接受角之外的光线均被，处于接受角之外的光线均被包层吸收而损失掉。包层吸收而损失掉。sinsini i定义为光纤的定义为光纤的数值孔径数值孔

8、径（Numerical ApertureNumerical Aperture），用，用NANA表示，它反映纤芯接收表示，它反映纤芯接收光量的多少，是光纤的一个重要参数。光量的多少，是光纤的一个重要参数。光纤结构光纤结构 n n1 1n n2 2n n3 3光纤结构光纤结构护护套套包包层层纤纤芯芯irc2rn n1 1n n2 2n n3 32222011121sinsin 901icnnnnnnn光纤结构光纤结构 数值孔径（数值孔径（Numerical ApertureNumerical Aperture）光纤的数值孔径大小与光纤的数值孔径大小与几何尺寸无关几何尺寸无关，与纤芯，与纤芯包层相对

9、包层相对折射率有关。折射率有关。光纤的数值孔径表示光纤接收入射光的能力。光纤的数值孔径表示光纤接收入射光的能力。NANA越大，则光纤越大，则光纤接收光的能力也越强。接收光的能力也越强。数值孔径大有利于光纤的对接。数值孔径大有利于光纤的对接。可以使光纤可以使光纤NANA值很大而截面积很小，使得光纤柔软可以弯曲。值很大而截面积很小，使得光纤柔软可以弯曲。NANA太大时，光信号的畸变加大，会影响光纤的带宽。因此对光太大时，光信号的畸变加大，会影响光纤的带宽。因此对光纤的数值孔径有一定的要求。通常作为传感器的光纤纤的数值孔径有一定的要求。通常作为传感器的光纤0.2NA0.40.2NA材料色散材料色散

10、波导色散波导色散v 对于多模光纤，总色散等于三者相加，起主导作用的是对于多模光纤，总色散等于三者相加，起主导作用的是模模式色散式色散，其他两个色散影响很小。，其他两个色散影响很小。v 对于单模光纤，只有一个传输模式，故不存在模式色散，对于单模光纤，只有一个传输模式，故不存在模式色散，其总色散为材料色散和波导色散之和。为减小总的波长色其总色散为材料色散和波导色散之和。为减小总的波长色散，要尽量选用窄谱线激光器作光源。散，要尽量选用窄谱线激光器作光源。光在普通光纤中的传输光在普通光纤中的传输见教材见教材227页页2161 1，光纤光纤是光信号的传输媒介；是光信号的传输媒介；2 2，当光信号在光纤中

11、传播时，表征，当光信号在光纤中传播时，表征光信号的特征光信号的特征参量参量(振幅、相位、偏振态、波长等振幅、相位、偏振态、波长等)因外界因因外界因素素(如温度、压力、磁场、电场、位移等如温度、压力、磁场、电场、位移等)的作的作用而间接或直接地发生变化；用而间接或直接地发生变化；3 3，将光纤用作，将光纤用作传感元件传感元件来探测各种待测量来探测各种待测量(物理物理量、化学量和生物量等量、化学量和生物量等)。光纤传感器工作原理光纤传感器工作原理 光纤传感器与电类传感器比较光纤传感器与电类传感器比较 电电类类传传感感器器被被测测参参量量光光纤纤传传感感器器被被测测参参量量电 源电 源电量检测电量检

12、测光 源光 源光量检测光量检测电类传感器电类传感器光纤传感器光纤传感器电缆电缆光缆光缆分类分类 内容内容 光纤传感器光纤传感器电类传感器电类传感器调制参量调制参量振幅：吸收、反射等振幅：吸收、反射等相位：偏振相位：偏振电阻、电容、电感等电阻、电容、电感等敏感材料敏感材料温温-光敏、力光敏、力-光敏、光敏、磁磁-光敏光敏 温温-电敏、力电敏、力-电敏、电敏、磁磁-电敏电敏 传输信号传输信号光光电电传输介质传输介质光纤、光缆光纤、光缆电线、电缆电线、电缆光纤传感器是与电类传感器并行互补的一类新型传感器。光纤传感器是与电类传感器并行互补的一类新型传感器。光纤传感器与电类传感器比较光纤传感器与电类传感

13、器比较 光纤传感器的特点光纤传感器的特点 本质防爆本质防爆适合于易燃、易爆等危险物品检测适合于易燃、易爆等危险物品检测 对电绝缘对电绝缘适合于高电压场合检测适合于高电压场合检测 无感应性无感应性适合于强电磁场干扰环境下检测适合于强电磁场干扰环境下检测 化学稳定性化学稳定性适合于环保、医药、食品工业检测适合于环保、医药、食品工业检测 时域变换性时域变换性适合于多点分布测量适合于多点分布测量 低损耗低损耗 、高精度高精度 、几何形状适应性强几何形状适应性强、尺寸小尺寸小 、重量轻重量轻、频带宽、非接触式频带宽、非接触式等等 在机械、电子、航空航天、化工、生物医学、电力、在机械、电子、航空航天、化工

14、、生物医学、电力、交通、食品等领域的自动控制、在线检测、故障诊交通、食品等领域的自动控制、在线检测、故障诊断、安全报警以及军事等方面都有广泛应用。断、安全报警以及军事等方面都有广泛应用。光纤传感器结构光纤传感器结构 按照光纤在传感器中的作用，通常将光纤传感器按照光纤在传感器中的作用，通常将光纤传感器分为两种类型：分为两种类型：非功能型（或称传光型、结构型）非功能型（或称传光型、结构型）和和功能功能型（或称传感型、探测型）型（或称传感型、探测型）。n 非功能型非功能型光纤传感器：利用其它敏感元件感受被测光纤传感器：利用其它敏感元件感受被测量，光纤仅作为传输介质，量，光纤仅作为传输介质，依靠光传输

15、或光反射引起依靠光传输或光反射引起的强度调制来工作；光纤是不连续的的强度调制来工作；光纤是不连续的,中断处要接上中断处要接上其他介质的敏感元件；多使用多模光纤。其他介质的敏感元件；多使用多模光纤。n 功能型功能型光纤传感器：把光纤作为敏感元件，被测量光纤传感器：把光纤作为敏感元件，被测量对光纤内传输光的强度、相位、偏振态等进行调制，对光纤内传输光的强度、相位、偏振态等进行调制，再通过解调得到被测信号；常使用单模光纤。再通过解调得到被测信号；常使用单模光纤。光纤传感器分类光纤传感器分类 光纤传感器分类光纤传感器分类 v根据根据光被调制的原理光被调制的原理，光纤传感器分为：，光纤传感器分为：强度调

16、强度调制型制型、频率调制型频率调制型、波长调制型波长调制型、相位调制型相位调制型及及偏振态调制型偏振态调制型。n光纤传感器的核心就是光被外界输入参数的调制。光纤传感器的核心就是光被外界输入参数的调制。外界信号可能引起光的某些特性外界信号可能引起光的某些特性(如强度、波长、如强度、波长、频率、相位、偏振态等频率、相位、偏振态等)变化，从而构成强度、波变化，从而构成强度、波长、频率、相位和偏振态等调制器。长、频率、相位和偏振态等调制器。v根据根据被测参数被测参数，光纤传感器也可分为：，光纤传感器也可分为：光纤位移光纤位移传感器、光纤压力传感器、光纤温度传感器等传感器、光纤压力传感器、光纤温度传感器

17、等。d膜片膜片1 1，非功能性：，非功能性：通过光束通过光束位移、遮挡、耦合位移、遮挡、耦合等方等方式使接收光纤的光强变化。式使接收光纤的光强变化。光反射光反射 依靠折射率变化测液位：依靠折射率变化测液位：光强调制型光纤传感器光强调制型光纤传感器 光传输光传输 位移（压力）位移（压力）活动板活动板固定板固定板输出光输出光输入光输入光光纤光纤光纤微弯曲位移（压力）传感器光纤微弯曲位移（压力）传感器 2 2，功能型：，功能型：通过改变光纤通过改变光纤外形外形、折射率折射率差、差、吸收特吸收特性性等方式使光强变化。等方式使光强变化。当光线到达微弯曲段界面时，入射角将小于临当光线到达微弯曲段界面时，入

18、射角将小于临界角，有一部分光透射进入包层。主要用于微弯曲位界角，有一部分光透射进入包层。主要用于微弯曲位移检测和压力检测。移检测和压力检测。光强调制型光纤传感器光强调制型光纤传感器 x x、射线等辐射会引起光纤材料的吸收损耗增加，使射线等辐射会引起光纤材料的吸收损耗增加，使光纤的输出功率降低，从而可以构成强度调制器。光纤的输出功率降低，从而可以构成强度调制器。在频率调制型光纤传感器中，光纤只起着传输光的作用，在频率调制型光纤传感器中，光纤只起着传输光的作用，它的工作原理是它的工作原理是光学多普勒效应光学多普勒效应，即由于观察者和目标的相对，即由于观察者和目标的相对运动，观察者接收到的光波频率将

19、发生变化。采用光学多普勒运动，观察者接收到的光波频率将发生变化。采用光学多普勒测量系统，可以方便的实现在非接触条件下对液体流速流量的测量系统，可以方便的实现在非接触条件下对液体流速流量的测量，如血液、气流及其他液体。（非功能型）测量，如血液、气流及其他液体。（非功能型）频率调制型光纤传感器频率调制型光纤传感器 21coscosDvfff 光源光源观测者观测者被测量移被测量移动速度动速度v被测量被测量21180当一束波长为当一束波长为的相干光在光纤中传播时，光波的相的相干光在光纤中传播时，光波的相位角与光纤的长度位角与光纤的长度L L、纤芯折射率、纤芯折射率n n1 1及纤芯直径及纤芯直径d d

20、有关。光有关。光纤受到温度等物理量的作用时，这三个参数会发生不同程纤受到温度等物理量的作用时，这三个参数会发生不同程度的变化，从而引起光相移。度的变化，从而引起光相移。相位调制型光纤传感器相位调制型光纤传感器 折射率改变折射率改变：某些光纤的纤芯线和外包封材料在温度下降时：某些光纤的纤芯线和外包封材料在温度下降时折射率相互接近，使发生全反射的可能变小，传输损耗增大，折射率相互接近，使发生全反射的可能变小，传输损耗增大，用于低温探测。用于低温探测。由于光的频率很高，光电探测器不能检测相位由于光的频率很高，光电探测器不能检测相位的变化，因此需要用光学干涉技术将相位调制转换的变化，因此需要用光学干涉

21、技术将相位调制转换为振幅调制。在光纤传感器中常采用马赫泽德为振幅调制。在光纤传感器中常采用马赫泽德（Mach-ZehaderMach-Zehader）干涉仪等仪器完成这一过程。）干涉仪等仪器完成这一过程。单膜光纤激光器单膜光纤激光器 参考光纤参考光纤被调制光纤被调制光纤被测量被测量激光器激光器比较二者输出相位的不同，最比较二者输出相位的不同，最小可测得小可测得0.025微米的位移。微米的位移。相位调制型光纤传感器相位调制型光纤传感器 偏振态调制型光纤传感器偏振态调制型光纤传感器 自然光自然光 ：在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的光矢量呈对称分布。可

22、用相互垂直的光振动描述自然光。光矢量呈对称分布。可用相互垂直的光振动描述自然光。光波是一种光波是一种横波横波：光振动的电场矢量：光振动的电场矢量E E和磁场矢量和磁场矢量H H始始终与传播方向终与传播方向v v垂直。垂直。如果光在传播过程中，只存在某一确定方向的振动，如果光在传播过程中，只存在某一确定方向的振动，这种光称为线偏振光或完全偏振光，简称这种光称为线偏振光或完全偏振光，简称偏振光偏振光。偏振态调制型光纤传感器偏振态调制型光纤传感器 根据光波振动方向的分布和变化规律，又分为根据光波振动方向的分布和变化规律，又分为部分部分偏振光偏振光、圆偏振光圆偏振光和和椭圆偏振光椭圆偏振光。偏振态调制

23、型光纤传感器偏振态调制型光纤传感器 偏振态调制型光纤传感器偏振态调制型光纤传感器 偏振态调制偏振态调制是指外界信号（被测量）通过一定的方式是指外界信号（被测量）通过一定的方式使光波的偏振态发生规律性偏转，或产生双折射，通过检使光波的偏振态发生规律性偏转，或产生双折射，通过检测光偏振态的变化即可测出外界被测量。测光偏振态的变化即可测出外界被测量。偏振态调制主要利用偏振态调制主要利用磁致旋光效应磁致旋光效应、弹光效应弹光效应等物理等物理效应。效应。磁致旋光效应磁致旋光效应也称也称法拉第旋光效应法拉第旋光效应，是指某些物质在，是指某些物质在外磁场作用下，能使通过它的平面偏转光的偏振方向发生外磁场作用

24、下，能使通过它的平面偏转光的偏振方向发生旋转。旋转角度与通过法拉第材料的长度和外加磁场强度旋转。旋转角度与通过法拉第材料的长度和外加磁场强度成正比。可以用来检测电流强度。成正比。可以用来检测电流强度。弹光效应弹光效应是一种由是一种由应力应变引起的双折射效应应力应变引起的双折射效应。双。双折射会使光波的偏振态发生相应的变化。折射会使光波的偏振态发生相应的变化。由应力引起的感应双折射正比于所施加的力，因此由应力引起的感应双折射正比于所施加的力，因此可以通过检测偏振光的强度检测应力。可以通过检测偏振光的强度检测应力。偏振态调制型光纤传感器偏振态调制型光纤传感器 4.8.4 光纤位移传感器光纤位移传感

25、器位移检测是机械量检测的基础许多机位移检测是机械量检测的基础许多机械量都是转换成位移来检测的械量都是转换成位移来检测的传感器在原理上有传光型的和功能型的传感器在原理上有传光型的和功能型的两类，是通过强度调制、相位调制、两类，是通过强度调制、相位调制、频率来完成检测过程的。频率来完成检测过程的。1 1 光纤开关与定位装置光纤开关与定位装置 一、简单的光纤开关、定位装置一、简单的光纤开关、定位装置 员简单的位移测量是采用各种光开关装置员简单的位移测量是采用各种光开关装置进行的，即利用光纤中光强度的跳变来测出进行的，即利用光纤中光强度的跳变来测出各种移动物体的极端位置如定位、记数，各种移动物体的极端

26、位置如定位、记数，或者是判断某种情况。在各种位移测量装置或者是判断某种情况。在各种位移测量装置中光开关装置的测量精度是低的，它只反映中光开关装置的测量精度是低的，它只反映极限位置的变化，其输出信号是跳变信号极限位置的变化，其输出信号是跳变信号二二 移动球镜光学开关传感器移动球镜光学开关传感器v光强为光强为I0I0的光束通过发送光纤照射到球的光束通过发送光纤照射到球镜上。球透镜把光束聚焦到两个接收光纤镜上。球透镜把光束聚焦到两个接收光纤的端面上。当球透镜在平衡位置时，从两的端面上。当球透镜在平衡位置时，从两个接收光纤得到的光强个接收光纤得到的光强I1I1和和I2I2是相同的。是相同的。如果球透镜

27、在垂直于光路的方向上产生微如果球透镜在垂直于光路的方向上产生微小位移时，在两个接收光纤上得到的光强小位移时，在两个接收光纤上得到的光强I1I1和和I2I2将发生变化。光强比值将发生变化。光强比值IlIlI2I2的对的对数值与球透镜位移量数值与球透镜位移量呈线性关系，而光呈线性关系，而光强的比值光强无关。强的比值光强无关。光纤位移传感器光纤位移传感器 透射式透射式反射式反射式 光纤温度传感器光纤温度传感器 反射式反射式相位变化相位变化 振幅变化振幅变化 光纤压力传感器光纤压力传感器 相位调制相位调制 偏振态调制偏振态调制强度调制强度调制 反射型反射型强度调制强度调制易燃易爆场合易燃易爆场合 控控

28、 制制 室室光光 纤纤各类油罐各类油罐参数检测参数检测压力容器压力容器参数检测参数检测核工业环境核工业环境参数检测参数检测煤矿中煤矿中CH4等参数检测等参数检测高电压、强磁场场合高电压、强磁场场合 控控 制制 室室光光 纤纤高压高压变压器变压器高压高压电动机电动机强电磁干扰强电磁干扰电气设备电气设备微波微波设备设备实时在线检测实时在线检测 取样取样送检送检样品样品光谱仪光谱仪被测物被测物传统光谱仪传统光谱仪物质成分检测物质成分检测光纤光纤光纤光谱仪光纤光谱仪被测物被测物光纤光谱仪光纤光谱仪物质成分检测物质成分检测光纤转速传感器光纤转速传感器 非接触测量方式非接触测量方式LEDPIN光纤光纤点式

29、光纤液位控制器点式光纤液位控制器 适用于适用于 高、低液位报警高、低液位报警 密封加油控制密封加油控制LEDPIN液体液体LEDPIN液体液体光纤液位控制器光纤液位控制器 光纤温度传感器光纤温度传感器 LEDPINn1n2n2随温度变化随温度变化n2折光型折光型 光纤高温温度传感器光纤高温温度传感器 PIN1PIN2滤波器滤波器1智能智能仪表仪表滤波器滤波器2光纤光纤高温炉高温炉黑体辐射腔黑体辐射腔蓝宝石光纤蓝宝石光纤光谱型光谱型 光纤气体成分传感器光纤气体成分传感器 R,光纤光纤传感头传感头参考频率参考频率LEDPIN锁相放大器锁相放大器混混气气室室N2O2流量计流量计光纤光谱传感器光纤光谱

30、传感器 光光 源源出口出口待测气体待测气体white室室探测器探测器信号处理信号处理分布式检测分布式检测 时域变换技术时域变换技术传统分布测量传统分布测量检测仪表检测仪表S1S2S3Sn电缆电缆OTDR技术技术用于分布检测用于分布检测 光纤光纤S1T1S2T2S3T3SnTn分布式检测分布式检测 时域变换技术时域变换技术OTDR(Optical Time Domain Reflectmeter)光时域反射仪光时域反射仪 分布式检测分布式检测 时域变换技术时域变换技术 OTDR测试测试是通过发射光脉冲到光纤内，然后在是通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在

31、光纤内传输时，会由于光纤接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散散射、反射射、反射。其中一部分的散射和反射就会返回到。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的中。返回的有用信息由有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的的时间或曲线片断时间或曲线片断。OTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一个的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一个信号，然后观察从某一点上返回来的是什么信息。这个过

32、程会重信号，然后观察从某一点上返回来的是什么信息。这个过程会重复地进行，然后将这些结果进行平均并以轨迹的形式来显示，这复地进行，然后将这些结果进行平均并以轨迹的形式来显示，这个轨迹就描绘了在整段光纤内信号的强弱。个轨迹就描绘了在整段光纤内信号的强弱。OTDR是利用光线在光纤中传输时的是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射瑞利散射和和菲涅尔反射菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等

33、的测量。衰减、接头衰减和故障定位等的测量。光纤多点测温传感器光纤多点测温传感器 光纤温度报警器光纤温度报警器 光纤陀螺仪光纤陀螺仪 萨格纳克效应萨格纳克效应（Sagnac Effect）：将同一光源发出将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉。方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉。光纤陀螺仪光纤陀螺仪 当光学环路转动时，在不同的前进方向上，光学环当光学环路转动时，在不同的前进方向上，光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化。路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化。利用这

34、种光程的变化，如果使利用这种光程的变化，如果使不同方向上前进的光不同方向上前进的光之间产生干涉之间产生干涉来测量环路的转动速度，这样就可以制造来测量环路的转动速度，这样就可以制造出出干涉式光纤陀螺仪干涉式光纤陀螺仪；如果利用这种环路光程的变化来实现在环路中不断如果利用这种环路光程的变化来实现在环路中不断循环的光之间的干涉，也就是通过调整光纤环路的光的循环的光之间的干涉，也就是通过调整光纤环路的光的谐振频率进而测量环路的转动速度，就可以制造出谐振频率进而测量环路的转动速度，就可以制造出谐振谐振式的光纤陀螺仪式的光纤陀螺仪。高精度角速度测量高精度角速度测量 光纤光栅传感器光纤光栅传感器 光纤布拉格

35、光栅光纤布拉格光栅（fibber bragg gratting，FBG）是纤芯）是纤芯折射率周期性变化的光纤。折射率周期性变化的光纤。UV零级光零级光束束1级光束级光束1级光束级光束熔融石英熔融石英相位掩膜相位掩膜光纤光纤干涉条纹干涉条纹早期利用高强度紫外光源所形成的干涉条纹对光纤侧面横早期利用高强度紫外光源所形成的干涉条纹对光纤侧面横向曝光，在该光纤芯中产生向曝光，在该光纤芯中产生折射率调制折射率调制或或相位光栅相位光栅。光纤光栅在纤芯内形成空间相位周期性分布，其实质是光纤光栅在纤芯内形成空间相位周期性分布，其实质是在纤芯内形成一个在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜窄带的（透

36、射或反射）滤波器或反射镜。利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。这些器件利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。这些器件具有具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，易与光纤耦合，反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，易与光纤耦合，可与其它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响可与其它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优等一系列优异性能。目前应用主要集中在异性能。目前应用主要集中在光纤通信领域（光纤激光器、光纤通信领域（光纤激光器、光纤滤波器）光纤滤波器）和和光纤传感器领域（位移、速度、加速度、温光纤传感器领域（位移、速度、加速度、温度的测量）度的测量）。光纤光栅传感器光纤光栅传感器 光纤光栅传感器光纤光栅传感器 F宽带宽带光源光源分析器分析器压电单元压电单元扫描波形扫描波形光纤光栅用于分布式光光纤光栅用于分布式光纤传感系统纤传感系统光纤饰品光纤饰品