光纖感測器
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光纖感測器是以光學量轉換為基礎，以光信號為變換和傳輸的載體，利用光導纖維輸送光信號的一種感測器。光纖感測器主要由光源、光導纖維(簡稱光纖)、光檢測器和附加裝置等組成。光源種類很多，常用光源有鎢絲燈、激光器和發光二極體等。光纖很細、較柔軟、可彎曲，是一種透明的能導光的纖維。光纖之所以能進行光信息的傳輸，是因為利用了光學上的全反射原理，即入射角大於全反射的臨界角的光都能在纖芯和包層的界面上發生全反射，反射光仍以同樣的角度向對面的界面入射，這樣，光將在光纖的界面之間反覆地發生全反射而進行傳輸。附加裝置主要是一些機械部件，它隨被測參數的種類和測量方法而變化。[1]
光纖感測器的特點[2]
光纖感測器的特點有：
(1)探測和傳輸的光信號不受微波和電磁波的干擾，它可置於高溫、高壓、強電磁場、易燃、易爆和強放射性環境中。可實現遠距離監測。目前已研製出幾千米長的光纖熒光測量裝置。
(2)光纖本身絕緣，且光纖及其探頭可做得很小而且柔軟，可直接插入活體組織內，並能作長時間監測，如監測血液、細胞等。
(3)應用多波長和時間分辨技術，能製造出同時對兩種或兩種以上組分響應的光纖感測器，實現多組分同時測定。
(4)光度分析中的顯色劑、熒光試劑、化學發光試劑、固定化酶等都可作為光纖感測器的固定試劑相，試劑相也可固定在適當基底上，不與光纖端直接接觸，便於更換。
(5)屬於非破壞性分析，不會引起試液變化。
光纖感測器存在的問題：
(1)環境中的光線對測量產生干擾，樣品測試需在暗處進行；
(2)光在光纖中的傳播會產生強度損失；
(3)試劑相穩定時間不夠長，動態範圍窄。
光纖感測器的組成[3]
光纖感測器一般由光源、光纖和光探測器三部分組成，如圖所示。圖(a)為功能型(也稱感測型)感測器，它是利用光纖本身的某種敏感特性或功能製成的感測器，圖(b)和圖(c)為非功能型(也稱傳光型)感測器，由於光纖只起傳輸光波的作用，必須在光纖端面或中間加裝其他敏感元件才能構成感測器。在圖(b)中，將敏感元件置於入射與接收光纖中間，在被測對象的作用下，或使敏感元件遮斷光路，或使敏感元件的光透射率發生變化，這樣，光探測器所接收的光量便成為被測對象調製後的信號；在圖(c)中，光纖一端設置“敏感元件+發光元件”的組合部件，敏感元件受被測對象的作用並將其變換為電信號後作用於發光元件，而發光元件的發光強度作為測量所得的信息。
光纖感測器的分類[3]
按光纖在感測器中的作用不同，光纖感測器一般分為傳光型和感測型兩大類。
傳光型光纖感測器主要利用已有的其他敏感材料，作為其敏感元件，如圖所示。這樣可以利用現有的優質敏感元件來提高光纖感測器的靈敏度。傳光介質是光纖，所以採用通信光纖甚至普通的多模光纖就能滿足要求。傳光型光纖感測器占據了光纖感測器的絕大多數。
感測型光纖感測器是利用對外界信息具有敏感能力和檢測功能的光纖(或特殊光纖)作感測元件，將“傳”和“感”合為一體的感測器，如圖所示。在這類感測器中，光纖不僅起傳光的作用，同時利用光纖在外界因素(彎曲、相變)的作用下，使其某些光學特性發生變化，對輸入的光產生某種調製作用，使在光纖內傳輸的光的強度、相位、偏振態等特性發生變化，從而實現傳和感的功能，因此，感測器中的光纖是連續的。
感測型光纖感測器在結構上比傳光型光纖感測器簡單，感測型光纖感測器的光纖是連續的，可以少用一些光耦合器件。但是，為了光纖能接受外界物理量的變化，往往需要採用特殊光纖來作探頭，這樣就增加了感測器製造的難度。隨著對光纖感測器基本原理的深入研究和各種特殊光纖的大量問世，高靈敏度的感測型光纖感測器必將得到更廣泛的應用。
光纖感測器的應用[1]
光纖感測器應用的場合很多，工作原理也各不相同，但都離不開光的調製和解調兩個環節。光調製就是把某一被測信息載入到傳輸光波上，這種承載了被測量信息的調製光再經光探測系統解調，便可獲得所需檢測的信息。原則上說，只要能找到一種途徑，把被測信息疊加到光波上並能解調出來，就構成了光纖感測器的一種應用。常用的光調製有強度調製、相位調製、頻率調製及偏振調製等幾種。下麵以光纖壓力感測器為例簡要說明光纖感測器韻應用。
光纖感測器中光強度調製的基本原理可簡述為以被測對象所引起的光強度變化，來實現對被測對象的檢測。
圖所示為一種按光強度調製原理製成的光纖壓力感測器結構。這種壓力感測器的工作原理如下。
(1)被測力作用於膜片，膜片感受到被測力而向內彎曲，使光纖與膜片間的氣隙減小，棱鏡與光吸收層之間的氣隙發生改變。
(2)氣隙發生改變引起棱鏡界面上全內反射的局部破壞，造成一部分光離開棱鏡的上界面，進入吸收層並被吸收，致使反射回接收光纖的光強減小。
(3)接收光纖內反射光強度的改變可由橋式光接收器檢測出來。
(4)橋式光接收器輸出信號的大小隻與光纖和膜片間的距離和膜片的形狀有關。
光纖壓力感測器的響應頻率相當高，如厚度為0.65mm的不鏽鋼膜片，其固有頻率可達128 kHz。因此在動態壓力測量中也是比較理想的感測器。
光纖壓力感測器在工業中具有廣泛的應用前景。它與其他類型的壓力感測器相比，除抗電磁干擾、響應速度快、尺寸小、質量輕及耐熱性好等優點外，還特別適合於防爆要求的場合使用。
