光纤检测及应用
光纤传感器及其在结构健康监测中的应用
光纤传感器及其在结构健康监测中的应用随着社会的发展与进步，人们对建筑物、桥梁、油气管道等大型工程的安全性要求越来越高。
因为在工程使用过程中，由于自然因素、环境因素以及使用不当等原因，这些工程都会存在着一定程度的损伤，如果不能及时发现和修复，就会对人们的安全造成威胁。
而结构健康监测作为一种先进的技术手段，对于工程损伤的及时发现和预防至关重要。
光纤传感器作为结构健康监测中的一种重要手段，已经逐渐得到了广泛应用。
一方面，光纤传感器具有小巧、高灵敏、高分辨率等优点，能够实时监测工程在使用过程中的各种情况；另一方面，光纤传感器能够在高温、高压、弱电环境下使用，对于监测热、电、力等参数有着非常重要的作用。
本文将介绍光纤传感器及其在结构健康监测中的应用。
一、光纤传感器的基本构造光纤传感器是一种利用光纤作为传感器的测量系统，它能够把光纤传输过程中发生的物理量变换成光纤中的光强变化。
光纤传感器主要由两部分组成，即感受器和信号处理器。
感受器负责感受外部环境的变化，信号处理器则对感受器的信息进行处理和分析。
目前，光纤传感器的常见类型主要包括菲涅尔光纤传感器、布里渊光纤传感器、拉曼光纤传感器等。
这些光纤传感器主要根据其工作原理的不同来进行分类，而在结构健康监测中，常用的则是菲涅尔光纤传感器和布里渊光纤传感器。
二、光纤传感器在结构健康监测中的应用光纤传感器在结构健康监测中的应用可以分为静态监测和动态监测两种方式。
静态监测主要是利用光纤传感器对结构物内部应力、应变等参数进行实时监测，以了解结构的受力情况，并及时发现工程中的裂缝、变形等问题。
在静态监测中，最常用的是布里渊光纤传感器和菲涅尔光纤传感器。
布里渊光纤传感器是通过测量光学纤维中的布里渊散射来实现应力和应变的监测，可以实时监测长距离内的应力分布和变化。
而菲涅尔光纤传感器则是利用菲涅尔反射原理，通过测量光信号的反射强度来监测结构内部的应力和变形，具有实时性高、解析度高等特点。
光纤传感器的应用案例分析
光纤传感器的应用案例分析光纤传感器是一种利用光纤传导光信号进行感知和测量的技术，近年来在各个领域得到了广泛的应用。
本文将通过几个典型的案例分析来探讨光纤传感器在不同领域中的应用和效果。
1. 应用案例一：工业自动化领域在工业自动化领域中，光纤传感器能够实时监测和测量各种参数，如温度、压力、位移等，以确保生产线的正常运行。
例如，在一个化工厂中，光纤传感器可以用于监测管道中的液体流量和压力变化，及时发现异常情况并采取相应措施，从而保证生产的安全性和稳定性。
2. 应用案例二：医疗领域在医疗领域中，光纤传感器能够用于检测和监测患者的体征和生理参数。
例如，在心脏手术中，医生可以通过将光纤传感器插入患者的动脉或静脉中，实时监测血压和心率的变化，从而帮助医生进行准确的手术操作和治疗。
3. 应用案例三：环境监测领域在环境监测领域中，光纤传感器能够用于检测空气质量、水质和土壤条件等参数。
例如，在一个市区中，光纤传感器可以通过串联式光纤传感网络布置于各个地点，实时监测空气中的有害气体浓度，及时发出警报并采取相关措施，以保障市民的健康与安全。
4. 应用案例四：交通运输领域在交通运输领域中，光纤传感器能够用于智能交通系统的建设和车辆安全监测。
例如，在一个道路隧道中，光纤传感器可以用于监测隧道内的温度和湿度等参数，及时发现火灾和水患等危险情况，并触发警报系统，以保证车辆和乘客的安全。
5. 应用案例五：能源领域在能源领域中，光纤传感器能够用于光伏发电和风电等能源装置的监测和管理。
例如，在一个太阳能发电站中，光纤传感器可以用于监测太阳能电池板的温度和发电效率等参数，帮助工程师进行设备运维和性能优化，提高发电效率和能源利用率。
通过以上几个案例的分析，我们可以看出光纤传感器在不同领域中的广泛应用和效果显著。
光纤传感器的优势在于其高灵敏度、快速响应和抗干扰性能，使其成为许多行业和领域中不可或缺的技术工具。
随着技术的不断发展，相信光纤传感器将会在更多的领域中展现出其更大的潜力和价值。
光纤传感器的实际应用案例及操作指南
光纤传感器的实际应用案例及操作指南光纤传感器作为一种基于光和光纤技术的传感器，具备高精度、高灵敏度、抗干扰等优点，广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。
本文将介绍几个光纤传感器的实际应用案例，并提供操作指南，帮助读者更好地了解和使用光纤传感器。
一、光纤温度传感器在工业监测中的应用光纤温度传感器可以实时、精确地监测物体的温度变化，广泛应用于工业生产中的温度监测和控制。
它适用于高温、低温、高压等极端条件下的温度测量，并具备抗干扰和耐腐蚀的特点。
例如，在钢铁冶炼过程中，通过将光纤温度传感器安装在炉内，可以实时监测炉温的变化，从而控制冶炼过程的温度，提高生产效率和产品质量。
使用光纤温度传感器的操作指南如下：1. 确保光纤传感器的光路通畅，没有断裂或弯曲。
2. 精确地连接光纤传感器和测量设备，保持信号的稳定传输。
3. 根据实际需求选择适合的光纤温度传感器型号，考虑测量范围、耐温度变化、抗干扰能力等参数。
4. 在使用前进行校准，在标准温度下将传感器的读数与已知的温度值进行比对。
5. 在安装过程中注意保护光纤温度传感器，避免物理损坏。
二、光纤加速度传感器在航空航天和汽车制造中的应用光纤加速度传感器是通过测量物体的加速度来获取运动状态及振动信息的传感器。
它具有高精度、高灵敏度、抗干扰等特点，在航空航天和汽车制造等领域被广泛应用。
例如，在航空航天领域，光纤加速度传感器可以用于飞行器的振动监测和结构健康监测，从而提高航空器的安全性和稳定性。
在汽车制造领域，光纤加速度传感器可以用于汽车零部件的振动测试和质量控制，从而提高汽车的性能和寿命。
使用光纤加速度传感器的操作指南如下：1. 确保传感器与被测物体之间的连接牢固可靠。
2. 选择适当的测量范围和灵敏度，根据实际应用需求进行调整。
3. 在使用前进行校准，确保传感器的读数准确可信。
4. 避免在高温、高湿等极端环境下使用，以防影响传感器的性能和寿命。
5. 定期进行维护和保养，及时更换损坏或老化的传感器部件。
光纤传感器的应用与原理
光纤传感器的应用与原理概述光纤传感器是一种利用光纤作为传感元件的传感器，广泛应用于各个领域，如工业自动化、医疗诊断、环境监测等。
本文将介绍光纤传感器的应用领域和工作原理，并对常见的几种光纤传感器进行详细解析。
应用领域光纤传感器在许多领域中都有着重要的应用。
以下是光纤传感器常见的应用领域：1.工业自动化：光纤传感器可以用于检测物体的位置、形状、尺寸等信息，广泛应用于自动化生产线中的物体检测和质量控制。
2.医疗诊断：光纤传感器可以用于生物体内的监测和诊断，如血液浓度、体温、心率等生理参数的测量。
3.环境监测：光纤传感器可以用于监测环境中的温度、湿度、压力等参数，对环境污染和自然灾害的预警起到重要作用。
4.结构监测：光纤传感器可以用于监测建筑物、桥梁、飞机等结构的变形和破损，提高结构的安全性和可靠性。
工作原理光纤传感器的工作原理基于光信号的传输和变化。
以下是光纤传感器的几种常见工作原理及其原理解析：1.弯曲传感器：光纤传感器通过光纤的弯曲程度来测量物体的弯曲角度。
当光纤被弯曲时，光信号会在光纤中发生反射，通过测量反射光的强度变化，可以确定物体的弯曲程度。
2.压力传感器：光纤传感器利用内部的光纤材料的压阻效应来测量物体的压力。
当物体施加压力时，光纤内部的光线受到压阻效应的影响，从而改变光的传输特性。
3.温度传感器：光纤传感器利用光纤材料的热导性来测量物体的温度。
当物体受热时，光纤内部的温度会发生变化，从而改变光的传输特性。
4.气体传感器：光纤传感器利用特殊的光纤材料与目标气体之间的相互作用来测量气体的浓度和组成。
当目标气体与光纤材料发生化学反应或物理吸附时，光的传输特性会发生变化。
常见光纤传感器以下是几种常见的光纤传感器及其应用场景：1.FBG（Fiber Bragg Grating）光纤传感器：基于光纤中的光栅效应，可以用来测量温度、应变、压力等参数。
在结构监测和环境监测中有广泛应用。
2.光纤陀螺仪：利用光纤的光学路径差来测量旋转角度，广泛应用于航空航天和导航领域。
光纤的基本知识及应用
间色散高.适用于短途低速通讯,如：工控.但单模光纤由于模间色散很 小,所以单模光纤都采用突变型.
渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小,可使高模 光按正弦形式传播,这能减少模间色散,提高光纤带宽,增加传输距离,但 成本较高,现在的多模光纤多为渐变型光纤.
5.光纤通信的优点
通信容量大 中继距离长 保密性能好 资源丰富 光纤重量轻、体积小
通信容量大
从理论上讲,一根仅有头发丝粗细的光纤可以 同时传输1000 亿个话路.虽然目前远远未达到如 此高的传输容量,但用一根光纤同时传输24 万个 话路的试验已经取得成功,它比传统的明线、同轴 电缆、微波等要高出几十乃至上千倍以上.一根光 纤的传输容量如此巨大,而一根光缆中可以包括几 十根甚至上千根光纤,如果再加上波分复用技术把 一根光纤当作几根、几十根光纤使用,其通信容量 之大就更加惊人了.
保密性能好
光波在光纤中传输时只在其芯区进行,基本上 没有光泄露出去,因此其保密性能极好.
资源丰富
制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅即 石英 ,而石英在大自然界中几乎是取之不尽、 用之不竭的.因此其潜在价格是十分低廉的.
光纤重量轻、体积小
光缆的敷设方式方便灵活,既可以直埋、 管道敷设,又可以水底和架空.
2、按光纤种类,光缆可以分为多模光缆、单模光缆； 按光纤套塑方法,光缆可分紧套光缆、松套光缆、 束管式新型光缆和带状多芯单元光缆.
2、按光纤芯数多少,光缆可以分为单芯光缆、双芯 光缆、多芯光缆.
4、按加强物件配置方法,光缆可以分为中心加强物 件光缆如层绞光缆、骨架光缆等、分散加强物 件光缆如束管式结构、护层加强物件光缆.
无损检测技术中的光纤传感器原理及应用
无损检测技术中的光纤传感器原理及应用光纤传感器是一种基于光纤材料制造的传感器，利用光的特性对物理量进行测量。
在无损检测技术中，光纤传感器具有很高的应用价值。
本文将介绍光纤传感器的原理，以及其在无损检测技术中的应用。
光纤传感器的原理主要基于光的传输和调制。
光纤传感器一般由光源、传输光纤和光检测器组成。
光源通过光纤传输光信号，经过光检测器获得信号后进行处理和分析，从而实现对被测物理量的测量。
光纤传感器根据其测量原理可以分为光强型传感器、干涉型传感器和光时延型传感器等。
光强型传感器是利用光信号强度的变化来判断被测量的物理量变化。
例如，在材料应力检测中，应用光纤传感器可以通过检测材料的变形程度来判断材料的应力情况。
当被测物体产生变形时，光纤传感器的光强度会发生变化，进而通过检测和分析光强度的变化来计算出应力值。
干涉型传感器基于光的干涉原理来实现物理量的测量。
例如，在温度检测中，通过利用光纤两路光波的干涉效应来测量温度变化。
被测温度变化会使光纤长度产生微小变化，进而导致干涉光波的相位差变化。
通过检测光波的相位差变化，可以计算出被测温度的值。
光时延型传感器则基于光信号传输的时间延迟来实现物理量的测量。
例如，在液位检测中，利用光信号在液体中传输速度较慢的特性，可以通过检测光信号在液体中的传输时间来计算出液体的高度。
光纤传感器在无损检测技术中有着广泛的应用。
一方面，光纤传感器能够实现对物理量的高精度测量，具有较高的灵敏度和准确性。
另一方面，光纤传感器具有体积小、不受电磁干扰、耐腐蚀等特点，使其在工业领域中的应用优势得到充分发挥。
在材料的无损检测中，光纤传感器可以应用于材料的应力、温度以及液位等参数的检测。
例如，在航空航天领域中，光纤传感器可以被嵌入到飞机结构中，实时监测应力分布与变化情况，从而保证飞行安全。
在化工行业，光纤传感器可以用于检测管道中液体的流速和液位，及时发现问题并进行处理。
此外，光纤传感器还可以应用于激光加工、生物医学等领域中，并取得了良好的效果。
光纤测试方案
光纤测试方案摘要：随着光纤技术的广泛应用，光纤测试变得越来越重要。
本文介绍了光纤测试的必要性，并提出了一种光纤测试方案。
该方案涵盖了常见的光纤测试项目，如光纤距离测量、光功率测量、损耗测试和衰减均衡测试。
同时，本文还介绍了一些光纤测试仪器的常见使用方法和技巧，以及一些常见的光纤测试问题和解决方案。
1. 引言光纤作为一种高速、大带宽的传输介质，已经广泛应用于通信、数据中心和广播电视等领域。
为确保光纤系统的正常运行，光纤测试成为至关重要的环节。
光纤测试不仅能够检测光纤的质量和性能，还能够辅助故障排除、网络优化和技术改进。
2. 光纤测试方案2.1 光纤距离测量光纤距离测量是光纤测试中最基本的一项。
常用的方法是利用时间域反射法（OTDR）测量光纤长度和光纤连接器的损耗。
OTDR是一种通过发送脉冲光信号，并根据反射和散射光的返回时间计算出光纤长度的仪器。
通过OTDR测量，我们不仅可以得到光纤的长度，还能够检测到光纤中的故障点。
2.2 光功率测量光功率测量是另一个重要的光纤测试项目。
它用于测量光纤系统中光信号的功率水平。
光功率的正确衡量对于确保光纤通信的正常运行至关重要。
光功率测量常用的仪器是光功率计。
使用光功率计时，需要注意选择正确的测试波长和功率范围，确保测试结果的准确性。
2.3 损耗测试在光纤传输过程中，会发生一定的光信号损耗。
损耗测试用于衡量光信号在光纤传输过程中的衰减程度。
常用的方法是通过发送特定功率的光信号，然后使用光功率计测量接收端的光功率。
通过比较发射端和接收端的光功率，我们可以计算出光纤的损耗。
损耗测试可以用来评估光纤连接器的质量，检测光纤的断点和遮蔽情况，以及优化光纤系统的性能。
2.4 衰减均衡测试光纤传输过程中的不平衡现象会导致光信号的失真和劣化。
衰减均衡测试用于评估光纤传输系统中的衰减均衡性能。
常用的方法是在光纤连接器上安装衰减均衡器，然后使用光功率计测量发射端和接收端的光功率。
通过比较两端的光功率，我们可以评估衰减均衡器的效果，并对系统进行调整和改进。
光纤传感器原理及应用
光纤传感器原理及应用
光纤传感器的工作原理主要包括干涉、散射、吸收和全反射等几种。
干涉原理是利用光纤的两束光之间的相位差来测量被测量物的物理量，如压力、温度等。
散射原理是通过测量光纤中散射光的强度或频率变化，来检测环境中的温度、压力、形变等物理量。
吸收原理则是利用被测量物的吸收光强度与被测量物的物理量之间的关系来进行测量。
全反射原理则是利用光在光纤中的全反射现象，在光纤的入射接口和出射接口之间进行光的传输及传播。
1.温度测量：光纤传感器可以通过测量光的波长或相位的变化来实现对温度的测量。
由于光纤传感器具有免疫电磁干扰、电气绝缘和高温耐受等特性，因此在高温环境下的温度测量应用中具有很大的优势。
2.压力测量：光纤传感器可以通过测量光纤中的散射光强度或频率变化来实现对压力的测量。
由于光纤传感器具有高灵敏度、高分辨率和长距离传输等特点，因此在工业领域中的压力测量应用中得到广泛应用。
3.拉伸和变形测量：光纤传感器可以通过测量光的相位变化来实现对材料的拉伸和变形的测量。
由于光纤传感器具有高精度、高灵敏度和高可靠性等特性，因此在结构健康监测和材料力学等领域得到广泛应用。
4.气体检测：光纤传感器可以通过测量光的吸收强度与被测气体浓度之间的关系来实现对气体浓度的测量。
由于光纤传感器具有快速响应、高灵敏度和易于集成等特点，因此在环境监测和化学分析等领域得到广泛应用。
总之，光纤传感器具有灵敏度高、稳定性好、反应速度快、抗电磁干扰等优点，具有广泛的应用前景。
随着光纤技术的不断发展和完善，光纤
传感器的应用将越来越广泛，将为现代化的科学研究、工业制造和环境监测等领域带来新的突破和发展。
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图2 基于Mach-Zehnder光纤干涉仪光纤水听器
图2是基于Mach-Zehnder光纤干涉仪光纤水听器的 原理示意图. 激光经3dB 光纤耦合器分为两路,分别经过传 感臂与参考臂,由另一个耦合器合束发生干涉,经光电探测 器转换后拾取声信号。
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2).光纤光栅型光纤水听器原理
光纤水听器与传统水听器相比，在未来的声纳系统中作 为接收阵列显示了更大的吸引力。它可以将大量单元的信号经 由一单根光纤传输的大规模成阵的能力并具有水听器单元设计 的灵活性。另外，它还具有灵敏度高，响应的带宽宽，单元及 信号传输不受电磁干扰的影响等重要特点。
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1光纤水听器原理
光纤水听器按原理可分为干涉型、光栅型等。干涉型 光纤水听器关键技术已经逐步发展成熟，在部分领域已经 形成产品，而光纤光栅水听器则是当前光纤水听器研究的 热点。
第七章 光纤检测技及应用
背景介绍
① 光纤传感器(FOS Fiber Optical Sensor)是20世纪70年代 中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。它是光纤 和光通信技术迅速发展的产物，它与以电为基础的传感器有 本质区别。光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作 为传递敏感信息的媒媒介。因此，它同时具有光纤及光学测 量的特点。 ② 经过20余年的研究，光纤传感器取得了十分重要的进展， 目前正进入研究和实用并存的阶段。它对军事、航天航空技 术和生命科学等的发展起着十分重要的作用。随着新兴学科 的交叉渗透，它将会出现更广阔的应用前景。
声信号传感器。它通过高灵敏度的光纤相干检测，将水声信号 转换成光信号，并通过光纤传至信号处理系统提取声信号信息。
光纤水听器主要用于海洋声学环境中的声传播、噪声、混响、 海底声学特性、目标声学特性等的监测。它既可用于海洋、陆 地石油天然气勘探，也可用于海洋、陆地地震波检测以及海洋 环境检测，它又是现代海军反潜作战及水下兵器试验的先进检 测手段。
色散的种类
•模式色散：模式色散是由于光纤不同模式在同一波长下传播 速度不同，使传播时延不同而产生的色散。只有多模光纤才 存在模式色散，它主要取决于光纤的折射率分布。 •材料色散：材料色散是由于光纤的折射率随波长变化而使模 式内不同波长的光时间延迟不同产生的色散。取决于光纤材 料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。 •波导色散：波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生 的6/1色7/201散9 。取决于波导尺寸和纤芯包层的相对折射率差。
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应用
• 光纤陀螺信号检测的主要目的是从强噪声中取出弱信号。 对开环系统，则主要是检测出由于光纤环旋转而引入的相 位变化，为获得大动态范围和好的标度因数线性度，还必 须对开环输出信号进行处理或建立闭环系统。
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2.3.2 光纤水听器
简介 光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下
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(4).适于远距离传输与组阵. 光纤传输损耗小, 适于远距离传输. 光纤水听器采用频分、波分及时分等技术 进行多路复用,适于水下阵列的大规模组阵. (5).信号传感与传输一体化,提高系统可靠性. 激光由光源发出,经光纤传输至光纤水听器,并在拾取声信号 后再经光纤传回到岸上或船上的信号处理设备,水下无电子 设备. 另外,光纤对水密性要求低,耐高温、抗腐蚀,这些都将 大大提高系统的可靠性. (6).工程应用条件降低. 采用全光光纤水听器的声纳系统,探 测缆及传输缆皆为光缆,重量轻体积小,系统容易收放,使过去 无法实现的方案成为可能,特别对拖曳阵列,由于工程应用条 件的降低而使许多问题简单化。
按光纤传输模式数划分
单模光纤（SMF） 多模光纤（MMF ）
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光纤的纤芯折射率剖面分布
2b
2b
2b
2c
2a
2a
2a
n n1 n2
0a b r （a）阶跃光纤
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n n1
n2
0 a br （b） 渐变光纤
n n1 n2
n3
0 a cbr （c）W型光纤
光纤的类型
阶跃型多模光纤
光发送器
信号处理
光受信器
光纤
敏感元件
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功能型光纤传感器
这类传感器利用光纤本身对被测对象具有敏感能力和检测功能， 光纤不仅起到传光作用，而且在被测对象作用下，如光强、相位、 偏振态等光特性得到调制，调制后的信号携带了被测信息。
非功能型光纤传感器
传光型光纤传感器的光纤只当作传播光的媒介，待测对象的 调制功能是由其它光电转换元件实现的，光纤的状态是不连 续的，光纤只起传光作用。
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1.2光纤波导的结构
纤芯
套层 一次涂覆层
包层
套层 一次涂覆层 包层 纤芯
多层介质结构： 1、纤芯：石英玻璃，直径5-75um，材料以二氧化硅为主， 掺杂微量元素。 2、包层：直径100-200um，折射率略低于纤芯。 3、涂敷层：硅酮或丙烯酸盐，隔离杂光，保护。 4、尼龙或其他有机材料，提高机械强度，保护光纤。
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主要优点： ①灵敏度高、电绝缘性能好、抗电磁干扰、可靠性强、可实 现不带电的全光型探头。 ②频带宽、动态范围大。 ③可用很相近的技术基础构成传感不同物理量的传感器 ④便于与计算机和光纤传输系统相连，易于实现系统的遥测 和控制。 ⑤可用于高温、高压、强电磁干扰、腐蚀等恶劣环境。 ⑥结构简单、体积小、重量轻、耗能少。
利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光 纤)作传感元件，将“传”和“感”合为一体的传感器。光纤不 仅起传光作用，而且还利用光纤在外界因素(弯曲、相变)的作用 下，其光学特性(光强、相位、偏振态等)的变化来实现“传”和 “感”的功能。因此，传感器中光纤是连续的。由于光纤连续， 增加其长度，可提高灵敏度。
以电为基础的传统传感器是一种把被测量的状态转变为可测
的电信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统
以及信息传输均用金属导线连接，见图1。
光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的
装置。由光发送器、敏感元件、光接收器、信号处理系统以及
光纤构成，见图2。
由光发送器发出的光源经光 纤光纤水听器原理
干涉型光纤水听器是基于光学干涉仪的原理构造的。 图1是基于Michelson光纤干涉仪光纤水听器的原理示意 图。
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图1 基于Michelson光纤干涉仪光纤水听器
由激光器发出的激光经3dB光纤耦合器分为两路:一 路构成光纤干涉仪的传感臂,接受声波的调制,另一路则构 成参考臂,提供参考相位. 两束波经后端反射膜反射后返回 光纤耦合器,发生干涉,干涉的光信号经光电探测器转换为 电信号,经过信号处理就可以拾取声波的信息。
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1.3 光纤的分类
按光纤组成材料划分
石英系列光纤（以SiO2为主要材料） 多成分玻璃光纤（材料由多成分玻璃组成） 液芯光纤（纤芯呈液态） 塑料光纤（以塑料为材料）
按光纤纤芯折射率分布划分
阶跃型光纤（单包层，折射率均布）（SIF） 渐变型光纤（单包层，折射率渐变）（GIF） W型光纤（双包层，折射率均布）
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偏移量为 B 2neff 2neff
即实现水声声压对反射信号光的波长调制。据检测中 心反射波长偏移，再根据Δneff、ΔΛ与声压间的线性关系，
即可获得声压变化信息。
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2 光纤水听器的特点
(1). 低噪声特性. 光纤水听器采用光学原理构成,灵敏度高,由 于噪声低的特性决定了其可检测的最小信号比传统压电水听 器要高2 —3 个数量级,这使弱信号探测成为可能. (2). 动态范围大. 压电水听器的动态范围一般 在80—90dB , 而光纤水听器的动态范围可以到 120—140dB. (3). 抗电磁干扰与信号串扰能力强. 全光光纤 水听器信号传感与传输均以光为载体,几百兆赫以下的电磁 干扰影响非常小,各通道信号串扰也十分小。
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图1 光纤陀螺原理图
当光纤圈处于静止状态时，从光纤圈两端出来的两束光， 光程差为零。当光纤圈以角速率Ω 旋转时由于Sagnac效应， 顺、逆时针方向传播的两束光产生光程差L可表示为：
引起的相应的相位差为
上式就是光纤陀螺的基本公式，通过检测相位差Δ Φ （即干 涉光强）就可以获得角速率Ω 的信息。
光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、应变、压 力、流量、振动、温度、电流、电压、磁场等物理量
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一 光纤的基础知识
1.1 基础
• 光纤就是光导纤维的简称，是用光透射率高的电介质 （如石英、玻璃、塑料等）构成的光通路，它是一种 介质圆柱光波导。
• 所谓光波导是指将以光的形式出现的电磁波能量利用 全反射的原理约束引导光波在光纤内部或表面附近沿 轴线方向传播。
波导色散和材料色散都是模式的本身色散，也称模内色 散。对于多模光纤，既有模式色散，又有模内色散，但主要 以模式色散为主。梯度型光纤中模式色散大为减少。
而单模光纤不存在模式色散，只有材料色散和波导色散， 由于波导色散比材料色散小很多，通常可以忽略。采用激光 光源可有效减小材料色散的影响。
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1.5 光纤的耦合
光纤的耦合分为强耦合和弱耦合。 • 光纤的强耦合是光纤纤芯间形成直通，传输模直接进
入耦合臂。 • 光纤的弱耦合是通过光纤的弯曲，或使其耦合处成锥
状。于是，纤芯中的部分传导模变为包层模，再由包 层进入耦合臂中的纤芯，形成传导模。
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二 光纤传感器
2.1 光纤传感器结构
阶跃型多模光纤
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1.5光纤的损耗
吸收损耗
损耗
散射损耗
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