光纤传感器的应用

光纤的结构
中央称为芯子, 高折射率的玻璃材料制成，直径只有几十微 米； 芯子外面有包皮, 低折射率的玻璃或塑料制成，100-200微 米； 最外层为保护层, 保证入射到光纤内的光波集中在芯子内传 输。
光纤传感器特点
• • • • 传光性能良好，光损耗小,最高≤0.2dB/km; 频带宽、可进行超高速测量； 灵敏度、线性好； 体积小、重量轻，适应于非接触、远距离、 恶劣环境测量。
温度测量
目前国内外用微波加温热疗新技术治疗癌症已取得了明显的 疗效。但微波加温治疗癌症的温度难以控制，温度过高会杀死人体 的正常细胞，过低则 达不到治疗的目的，还会使癌细胞进一步扩 散。微波加温治疗癌症的有效温度为42.5 ~45 摄氏度，在这个温 度内能杀死癌细胞，因此需要对这一温度进行监测，光纤温度传感 器能实现这个作用，其系统工作原理如图6所示。 LD作为输入光 源，输入光功率P为1 mW，工作波长为850 nm。为了防止背景光 干扰，光源采用调制光源。为了产生足够多的高次模，调制后的光 需经过一个扰模器。


原理
激光束通过分束器、光纤入射到振动体上的一 点，反射光作为信号光束，经过同一光学系统， 被引入到探测器。参考光束是从由部分透射面R 上反射产生的。
在实际系统中，用光纤输出端面作为R面。

信号光束只受到垂直振动分量U⊥cosωt的调制。 由于振动体使反射点靠近或远离光纤，从而改 变了信号光束的光路长度，相应改变了信号光 与参考光的相对相位，产生了相位调制。信号 光与参考光之间的相位差为：
血流速度的测量
多普勒型光纤速度传感器测量皮下组织 血流速度的示意见右图。此装置利用了光 纤的端面反射现象，测量系统结构简单。 发光频率为f的激光经透镜，光纤被送到表 皮组织。对于不动的组织，例如血管壁， 所反射的光不产生频移；而对于皮层毛细 血管里流速为v的红细胞，反射光要产生频 移，其频率变化为△f；发生频移的反射光 强度与红细胞的浓度成比例，频率的变化 值可与红细胞的运动速度成正比。发射光 经光纤收集后，先在光检测器上进行混频， 然后进人信号处理仪，从而得到主要用来测量血管内的血压，颅内 压，心内压，膀胱和尿道压力等。 用来测量血压的压力传感器示意见下图，其中对 压力敏感的部 分是在探针导管末端侧壁上的一块防水薄膜，一面带有悬臂的微型 反射镜与薄膜相连，反射镜对面是一束光纤，用来传递入射光到反 射镜，同时也将反射光传送出来，当薄膜上有压力作用时，薄膜发 生形变且能带动悬臂使反射镜角度发生改变，从光纤传来的光束照 射到反光镜上，再反射到光纤的端点。由于反射光的方向随反射镜 角度的变化而改变，因此光纤接收到的反射光的强度也随之变化。 这一变化通过光纤传到另一端的光电探测器变成电信号，这样通过 电压的变化便可知探针处的压力大小。
1、功能型传感器
利用光纤本身具有的某种敏感功能。 光纤一方面起传输光的作用，另一方面作为敏感元件， 被测物理量的变化将影响光纤的传输特性，从而将被 测物理量的变化转变为调制的光信号。也称传感型光纤传感器。
2、非功能型光纤传感器 非功能型光纤传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化， 光纤仅作为传输介质，传输来自远处或难以接近场所的光信号． 所以也称为传光型传感器．或混合型传感器。
单、廉价、高精度、快速响应的光纤化学传感器的需求将会 日益剧增。光纤化学传感器的研究正方兴未艾，各种新材料、
新方法、新应用层出不穷。关键在于如何利用光纤和检测器
的性能特点进行优化组合，开发这两种传感器在环境监测方 面大有用途。
光纤传感器在生物方面的应用
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检测古柯因中的可卡因
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检测沙门氏菌属病原菌Salm—onella
光纤传感器在医学上的应用
在医学中的应用医用光纤传感器目前主要是传光 型 的，以其小巧，绝缘，不受射频和微波干扰，测量精 度高及与生物体亲合性好等优点备受重视。 过去，内科医生依赖间断时间检测病人的方法从 化验室取得结果。随着医用光纤传感器的出现，不但 对诸如氧饱和，pH，Po2，Pco2 及血速等血液特性 可以进行实时连续测量而且与传统测量方法不同的温 度和压力光纤传感也投入医用。同时在对葡萄糖，青 霉素的监控，静脉疾病诊断及抗原——抗体鉴定等方 面的应用也正在兴起，医学诊断用光纤传感器为更好 地治疗病人提供了一种崭新的医学方法。

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Ucost
式中，λ为激光波长，ω为光波圆频率。
光纤传感器应用前景
光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术 发展而形成的一门崭新的传感技术。 光纤传感器的传感灵敏度要比传统传感器高许多 倍，而且它可以在高电压、大噪声、高温、强腐蚀性 等很多特殊环境下正常工作，还可以与光纤遥感、遥 测技术配合，形成光纤遥感系统和光纤遥测系统，光 纤传感的这些优点使它获得广泛的应用。下面分别从 医学，化学，生物三个方面介绍其应用。
光纤传感器简介及其在医学、化学
和生物方面的应用
——余桥
光纤传感器外形
光纤传感器分类
光纤传感器一般分为两大类： 一类是传光型，也称非功能型光纤传感器； 多数使用多模光纤，以传输更多的光量。 一类是传感型，或称为功能型光纤传感器。 传感型光纤传感器，是利用被测对象调制或 改变光纤的特性，所以只能用单模光纤。
医用光纤传感器的发展现状
国外在医用光纤传感器研制方面比较活跃的国家有美国，日本，英 国，意大利，瑞士，荷兰，德国，波兰，奥地利，比利时，法国等。美
国有10多家单位从事医用光纤传感器的研制工作，有多种产品已商业化。
如Luxelou公司出售的用于高温治疗的光纤传感器等；心血管器件公司 3M健康护理处的pH系列，可用于心脏外科手术的监护；光敏公司的体 温监测系统可同时显示四种血液气体参数；利佛莫尔国家实验室用光纤 传感器检测铝离子，pH值，烃类，双氧铀离子等八种参数；Tsl公司出 售的Laserflo Blood Profusion监测器，可测量血管血流并配有微机打 印输出系统；弗吉尼亚大学研究用荧光法测抗原对药物的反应的光纤生 化传感器等。下面对传光型光纤传感器在医学上的应用分三个方面分别 予以介绍。
检测蓖麻毒蛋白
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其他应用
原理：光纤生物传感器 主要是利用生物活性物 质调制光纤中的光，如 将抗原附着在光纤上， 利用抗原与抗体的特异 性结台，从而改变光纤 折射率、透射率等
Thank You
光纤传感器在化学上的应用
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光纤腐蚀传感 器
光纤pH值传感 器
光纤气体传 感器
光纤传感器在化学方面的应用
发展前景
光纤化学传感器可广泛利用于环境检测、生物及临床医
学、工业生产等领域。尽管光纤化学传感器在尽十年来得到 飞速的发展，但国内外都仍未达到规模工业化生产和商业化
应用的终极目标。随着社会经济不不断发展，各行各业对简