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光纤传感器的基本原理及在医学上的应用.

2008年 9月中国医学物理学杂志 Sep .,2008

第 25卷第 5期

Vol. 25. No. 5

光纤传感器的基本原理及在医学上的应用

孙素梅 1, 陈洪耀 2, 3, 尹国盛 2(1. 漯河医学高等专科学校 , 河南漯河 462000; 2. 河南大学物理与电子学院 , 河南开封

475004; 3. 中国科学院安徽光学精密机械研究所 , 安徽合肥 230031

摘要 :目的 :本文的目的简要介绍光纤传感器的基本原理和简单分类 , 重点阐述传光型光纤传感器在医学的压力、流速、 pH 值等五方面的应用。方法 :光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区 , 在调制区内 , 外界被测参数与进入调制区的光相互作用 , 使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被

调制的信号光 , 再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测物理量。光纤传感器按其传感原理可分为两大类 :一类是传光型传感器 , 另一类是传感型传感器。结

果 :目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。光纤传感器主要优点 :小巧、绝缘、不受射频和微波干扰、测量精度高。医疗上的图象传输是传输型光纤传感器应用中很有特色的一部分。只需将许多光纤组成光纤束 , 就可以做成能有效地使图象空间量子化的传感器。自从光导纤维引入到内窥镜以后 , 扩大了内窥镜

的应用范围。光导纤维柔软、自由度大、传输图象失真小、直径细等优点使得各种内窥镜检查人体的各个部位几乎都是可行的 , 且操作中不会引起病人的痛苦与不适。其中光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。在进行激光血管成形术

时 , 血管镜可提供很多重要的信息 , 用以引导激光辐射的方向 , 选择激光的能量和持续时间 , 并可了解在成形术后的治疗效果。光纤内窥镜不仅用于诊断 , 也正进

入治疗领域中 , 例如用于做息肉切除手术等。微波加温治疗技术是当前治疗癌症

的有效途径 , 但微波加温治疗癌症技术的温度难以控制 , 而光纤温度传感器恰可以对微波加温治疗癌症的有效温度进行监测 , 从而使温度不致于过高杀死人体的正常

细胞 , 也不会过低达不到治疗目的 , 使癌细胞进一步扩散。光纤温度传感器在癌症治疗方面的研究和开发正日益兴起。结论 :光纤传感器作为一种优势明显的新型传感器在医学领域得到应用 , 为治疗疾病提供了一种崭新的方法。可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高 , 不久的将来光纤传感器必将会进一步推动医学的飞速发展。

关键词 :光纤传感器 ; 测量 ; 医学 ; 应用中图分类号 :R312

文献标识码 :A

文章编号 :1005-202X (2008 05-0846-05

The Basic Principle and Applications on Medical of Fiber Optic Sensors

SUN Su-mei 1, CHEN Hong-yao 2, 3, YIN Guo-sheng 2

(1.Luohe Medical College, Luohe He'nan 462000, China; 2.China Physics and Electronics College, He'nan University, Kaifeng He'nan 475004, China ; 3.The An'hui Institute of Optics and Precision Mechanics, The Chinese Academy of Sciences, Hefei Anhui 230031, China

Abstract:Objective:This article simply introduced the basic principle of fiber optic sensor and its application especially on medical in blood pressure, the speed of flow, the pH value etc. Method:The fiber optic sensor basic principle is the light which sends out the photo source sends in after the fiber optic the modulation area, in the modulation area, the outside was measured the parameter with enters the modulation area the light to affect mutually, causes the light the intensity, the frequency, the phase, the polarization to occur changes into the signal light which modulates, again passes through the fiber optic to send in the light detector, the demodulator obtains is measured the physical quantity. The fiber optic sensor may divide into two kinds according to its sensing principle:one kind is the light-passing sensor; the other is the sensing sensor. Result:At present, the main

application in the medicine is the light-passing fiber optic sensor. The main advantages of fiber optic

sensor are:exquisite, insulation, not influenced by the radio frequency and the microwave. The measuring accuracy is h igh. The image transmission in medical is the special part of

the application on the transmission modes fiber optic sensor. Only tie a plenty of fiber optic to composition fiber optics, we could make the sensor which can cause the image space

收稿日期 :2008-03-10

作者简介 :孙素梅 (1954-, 女 , 漯河医学高等专科学校物理教研室

副教授。 Tel :0395-296452713939575106; E -mail :

sunsumei2007@https://www.docsj.com/doc/9d18967976.html,。

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quantization effectively. After introduced the fiber optic in to the endoscope, the endoscope application scope has widened. The fiber optic is soft, more freedom, the transmission image is low distortion, and the diameter is thin. All the advantages above making each kind of endoscopies human body each spot are feasible, and cannot cause patient's pain and uncomfortable in the operation. Fiber optic blood vessel mirror has applied in humanity's cardiac catheterization inspection. When carries on the laser blood vessel forming operations, the blood vessel mirror may provide much important information. which could guide the direction of the laser radiation, choose laser's energy and the duration, and may understand the treatment result after the formed operation. Not only the fiber optic endoscope uses in diagnosing, but also is entering in the treatment

domain, for example uses in undergoing the polyp excision surgery and so on. The microwave warming treatment technology is the effective way to treat cancer currently, but the temperature of the microwave warming technology is hard to control, The fiber optic temperature sensor may carry on the effective temperature of the microwave warming which treat cancer exactly. Thus make the temperature not too high to kill the normal cell in human body, also not too low to achieve the treatment goal which could cause enable the cancer cell further proliferation. The research and the development the fiber optic temperature sensor treats the aspect at cancer is emerging day by day. Conclusion:The fiber optic sensor obtains the widen application in the medicine as a superiority new sensor; provide one brand-new method in disease treatment. Along with the manufacture technology mature and the component performance unceasing enhancement, the fiber optic sensor will certainly to be able further to impel the medicine the rapid development in the near future.

Key words:fiber optic sensors; application; medical; measurement

前言

20世纪 70年代中期 , 人们开始意识到光纤不仅具有传光的特性 , 而且本身就可以构成一种新的直接交换信息的元件。光纤能把待测的量与它的各种参数联系起来 , 从而将被测信号的状态 , 以光信号的形式传出。另外 , 光纤不仅是一种敏感元件 , 而且是一种优良的低损耗传输线。光纤传感器具有传统传感器所不可比的优点 :灵敏度高、动态范围大、响应速度快、不受电磁干扰、防爆防燃、易于远距离遥测、保密性好、重量轻、机械强度高等 [1]。从光纤传感器问世至今 , 已有了上百个品种 , 在许多领域获得了广泛应用 , 本文简要介绍光纤传感器的基本原理及在医学上的应用。 1光纤传感器的基本原理及其分类

光纤传感器的基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区 , 在调制区内 , 外界被测参数与进入调制区的光相互作用 , 使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被调制的信号光 , 再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测物理

量。光纤传感器按测量对象分为 :光纤温度传感器、位置传感器、流量传感器、力传感器、速度传感器、磁场传感器、电流传感器、电压传感器、光纤图像传感器和医用光纤传感器。光纤传感器按其传感原理可分为两大类 :一类是传光型传感器 , 另一类是传感型传感器。在传光型光纤传感器中 , 光纤仅作为传播光的介质 , 对外界信息的“ 感觉” 是依靠其它的功能元件来完成的。传光型传感器中的光纤是不连续的 , 中间有敏感元件 ; 传感型光纤传感器是利用对外界信息具有敏感能力和检测功能的光纤作为敏感元件 , 把“ 传” 和“ 感” 合为一体的传感器。在这类传感器中 , 光纤不仅起传光的作用 , 而且起调制器的作用。因此 , 传感器中光纤是连续的 , 目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。传感型传感器主要又分为 :强度调制型传感器和相位调制型传感器 [2-4]。下面介绍强度调制型传感器和相位调制型传感器基本原理。

1.1强度调制型传感器

它是利用被测物理量直接或间接对光纤中传输的光进行强度调制其工作原理如图 1所示。由于光的损耗除与光传导、反射、弯曲有关外 , 还与其它一些现象如 :吸收、散射、荧光有关 , 所以这些机理都可用于该类传感器 [5]。

图 1强度调制式传感器

Fig.1Intensity modulating type

sensor

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1.2光相位调制器型传感器

利用一些被测量引起光纤中光相位变化的原理组成的传感器 , 具有灵活、多样的特点。光纤测温传感器就是利用光纤内传输的相位随温度参数改变而改变的原理制成的 , 光信号相位随温度的变化 , 是由于光纤材料的尺寸和折射率随温度改变而引起的。相位的变化△ Ф与温度变化△ T 的关系为 :

△ Φ=-λ

n+αλ坠β

! " ·α+坠 n #$

·△ T

式中α-线膨胀系数 ; l-光纤的长度 ; 坠 n /坠 T-折射率温度系数 ; n-纤芯平均折射率; λ-自由空间光波长 ; 坠β/坠α-传播常数与纤芯半径的变化率。

由此可见 , 只要利用适当的仪器检出光纤中光信号相位的变化就可以测定温度。由于应变或压力也会改变光纤的传输特性 , 使光信号相位变化 , 同理也可以检测应变和压力。相位调制式传感器则通常采用两根光纤 , 敏感光纤与参考光纤 , 比较两根光纤中光的相位即可检测被测量 , 这种器件也叫做干涉仪。比较相位的方法具有极高的灵敏度 , 因而 , 相位调制式传感器比强度调制式传感器灵敏度高得多 , 动态范围也较大。相位调制式传感器采用细芯光纤 , 即 :单模光纤 , 它使用光干涉技术检测压力、旋转和磁场 , 图 2中示出了马赫一泽德 (Mach — Zehnder 干

涉仪原理的传感器。激光源发出的光束通过分光镜分成两束 , 一束送入参考光纤 , 另一束送入敏感光纤。敏感光纤置于扰动环境中 , 如果敏感光纤在外部影响下长度或折射率发生变化 , 则两束光在重合时相位要发生变化 , 产生干涉。在光重合

时 , 如果两束相位相同 , 光强增加 , 称之为相长干涉。如果相位不同 , 光强减弱 , 称之为相消干涉。通过检测干涉后的光强从而达到检测的目的 [6-8]。

2传光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 、 Po 2、 Pco 2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。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 Po 2、 Pco 2、 pH 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和检测铝离子、 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 , 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用的光纤生化传感器等。传光型光纤传感器在医学上的应用分五个方面分别予以介绍。 2.1压力测量

目前临床上应用的压力传感器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图 3, 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 [11, 12]。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。 2.2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图 4。此装置利用了光纤的端面反射现

图 2相位调制式传感器

Fig.2Phase place modulating type

sensor

图 3光纤体压计探针

Fig.3The mere trim figure presses and counts the

probe

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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 , 从而得到红细胞的运动速度 V 和浓度。 2.3pH 值的测定

用来测定活体组织和血液值 pH 光纤光谱传感器示意图 , 如图 5所示。其工作原理是利用发射光、透射光的强度随波长的分布光谱来进行测量。这种传感器将两根光纤插入可透过离子的纤维素膜盒中 , 膜盒内装有试剂 , 当把针头插入组织或血管后 , 体液渗入试剂 , 导致试剂吸收某种波长的光 , 用光谱分析仪测出此种变化 , 即可求得血液或组织的 pH 值 [15, 16]。 2.4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℃ , 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 1mW , 工作波长为 850nm 。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。从图 6可知光由1端进入方向耦合器 , 然后分为两部分 , 一部分由 3端进入探头 , 从探头返回的光可由 2端探测 , 作为参考用 ; 而另一部分作为参考光 , 由 4端探测。利用参考光的目的是消除背景光引起的测量误差。利用窄带滤波进一光干扰及高低频噪声。探头部分如图 7所示。图中 n 1为光纤纤芯折射率 , n 2为光纤包层折射率 , n 3感温材料的折射率 , 且 n 1>n 2>n 3。其测温工作原理是将探头设计成在辐射模状态

下工作 , 辐射能量的多少与折射率 n 3的数值有关 , n 3的数值与温度有关 , 当温度上升时 , n 3下降 , 导波模能量增加 , 辐射能量变小 , 反之导波模能量减小 , 辐射能量增加。 n 3的设计必须精确 , 使探头处于最优工作状态。但由于没有折射率为n 3的感温材料可供

图 4测量血流速度的多普勒速度传感器

Fig.4Measure the tempo sensor sketch map of Doppler in the speed of blood flow

图 5测定 pH 值的光纤光谱仪

Fig.5The optic fibre spectrum sensor for determine the pH

value

图 6光纤温度传感器系统工作原理 Fig.6Systematic operation principle of temperature sensor of optic

fibre

图 7探头的内部结构及材料折射率分布 Fig.7Probe internal structure and the material distribution of index of

refraction

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直接选用 , 必须用两种已知折射率的材料调配成满足要求的 n 3, 因为光纤传感器抗电磁辐射干扰和射频干扰 , 所以将它用于超热治疗具有独特优点。目前正在研制另一种超热治疗的光纤导尿管。它是一种相位调制装置 , 一根单膜光纤可以携带 5个温度传感器 , 温度分辨率为 0.01℃。现已开发的一种温度传感器是利用LiTaO3晶体双折射特性的热变化现象而制成温度敏感的、具有可变反射率的反射镜 [19, 20]。当前用于临床测量的光纤温度传感器大多处于探索阶段 , 但它的需要量极大 , 所以这一方面的研究和开发一定会活跃起来 [9]。

2.5图象传输

医疗上的图象传输是传输型光纤传感器应用中很有特色的一部分。只需将许多光纤组成光纤束 , 就可以做成能有效地使图象空间量子化的传感器。自从光导纤维引入到内窥镜以后 , 大大扩大了内窥镜的应用范围。照明用的光通过光纤照射到被测体上 , 反射光通过接收光纤将信号输出 , 已产生了各种内窥镜使得检查人体的各个部位几乎都是可行的。这些内窥镜充分发挥了光导纤维柔软、自由度大、传输图象失真小、直径细等优点 , 操作中不会引起病人的痛苦与不适 [21-23]。光纤内窥镜不仅用于诊断 , 也正进入治疗领域中 , 例如用于做息肉切除手术等。光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。在进行激光血管成形术时 , 血管

镜可提供很多重要的信息 , 用以引导激光辐射的方向 , 选择激光的能量和持续时间 , 并可了解在成形术后的治疗效果。

3结语

光纤传感器作为一种优势明显的新型传感器不但在高、精、尖领域得到应

用 , 而且在传统的工业领域被迅速推广 , 其本身产品也不断推陈出新 , 显示出强大的生命力。可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高 , 不久的将来光纤传感器必将会进一步推动医学的飞速发展。

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常用的五类光纤传感器基本原理解析

常用的五类光纤传感器基本原理解析根据被调制的光波的性质参数不同，这两类光纤传感器都可再分为强度调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、频率调制光纤传感器、偏振态调制光纤传感器和波长调制光纤传感器。 1）强度调制型光纤传感器基本原理是待测物理量引起光纤中传输光光强的变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量。恒定光源发出的强度为I的光注入传感头，在传感头内，光在被测信号的作用下其强度发生了变化，即受到了外场的调制，使得输出光强的包络线与被测信号的形状一样，光电探测器测出的输出电流也作同样的调制，信号处理电路再检测出调制信号，就得到了被测信号。这类传感器的优点是结构简单、成本低、容易实现，因此开发应用的比较早，现在已经成功的应用在位移、压力、表面粗糙度、加速度、间隙、力、液位、振动、辐射等的测量。强度调制的方式很多，大致可分为反射式强度调制、透射式强度调制、光模式强度调制以及折射率和吸收系数强度调制等等。一般反射式强度调制、透射式强度调制、折射率强度调制称为外调制式，光模式称为内调制式。但是由于原理的限制，它易受光源波动和连接器损耗变化等的影响，因此这种传感器只能用于干扰源较小的场合。 2）相位调制型光纤传感器基本原理是：在被测能量场的作用下，光纤内的光波的相位发生变化，再用干涉测量技术将相位的变化转换成光强的变化，从而检测到待测的物理量。相位调制型光纤传感器的优点是具有极高的灵敏度，动态测量范围大，同时响应速度也快，其缺点是对光源要求比较高同时对检测系统的精密度要求也比较高，因此成本相应较高。目前主要的应用领域为：利用光弹效应的声、压力或振动传感器；利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器；利用电致伸缩的电场、电压传感器；利用赛格纳克效应的旋转角速度传感器(光纤陀螺)等。

光纤传感器应用

光纤传感技术的应用在机械、电子仪器仪表、航天航空、石油、化工、生物医学、环保、电力、冶金、交通运输、轻纺、食品等国民经济各领域的生产过程自动控制、在线检测、故障诊断、安全报警以及军事等方面有着广泛的应用。 1 光纤传感器的特征光纤传感器系统按照在传感器中的作用分为两种类型：功能型和非功能型。功能型光纤传感器光纤不仅起传光作用，而且是敏感元件，非功能型光学传感器中，光纤不是敏感元件。描述光波特征的参量很多（如光强、波长、相位、振幅态和模式分布等），这些参量在光纤传输中都可能受外界影响而发生变化。如当温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和物理量等对光路产生影响时，均使这些参量发生相应变化，光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小。光纤传感器由光源、传输光纤、光电元件等部分组成。其中光源是光纤传感器的重要组成部件，目前常用的有白炽灯，激光器和发光二极管。光电元件多用半导体光电二极管。与其它常规传感器相比，光纤传感器有如下特点：（1）高灵敏度，抗电磁干扰。由于光纤传感器检测系统不传送电信号，因此，光信号在中不会与电磁波发生作用，也不受任何电噪声的影响，由于这一特征，光纤传感器在电力系统的检测中得到了广泛应用。（2）频带宽、动态范围大。（3）可根据实际需要做成各种形状。（4）可以用很近似的技术基础构成传感不同物理量的传感器，这些物理量包括声场、磁场、压力、温度、加速度、位移、液位、流量、电流、辐射等；（5）便于与计算机和光纤系统相连，易于实现系统的遥测和控制。（6）结构简单、体积小、质量轻、耗能小。正由于它的这些优点，其应用领域非常广阔市场前景也比较广。 2 国内外光纤传感器的发展情况美国是最早研制光纤传感器并投资最大的国家并且取得很大成就。从1977开始由美国海军研究所主持的光纤传感器系统共有5个公司参加，主要研究方向是水声器、磁强计和其它水下检测有关设备。1980年开始研究，1984年进行飞行实验的现代数字光纤控制系统（ADOSS），采用光纤译码的光纤传感器系统代替直升飞机驾驶员的控制，最终将实现用光纤液压传动系统代替电源。另外，光纤陀螺（FOG）计划、核辐射监控（NRM）计划、飞机发动机监控（AEM）计划、民用研究计划（CRP）使光纤传感器技术迅猛发展，在军事、民用、电力、监控、桥梁、医学生物检测等方面得到广泛应用。 3 光纤传感器的应用光纤传感器的应用非常广泛，几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活。在现代信息社会中，传感器技术迅猛发展，其中光纤传感器以其独特的优点应用非常广泛，包括工业、军事、医疗、通讯、过程控制以及恶劣环境下物理量的测量，如光纤传感器在石油领域中的应用、光纤传感器在军事领域的应用、光纤传感器在医学中的应用、光纤传感器在土木工程中的应用、光纤传感器在环境监控中的应用、光纤传感器在飞机上的应用、在电力系统上的应用、光纤传感器的发展动态与研究方面等。“中国2010年远景规划”已将传感器列为重点发展的产业之一，随着我国加入世界贸易组织，传感器的市场需求和发展空间的潜力是非常大的。可以预见，随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高，不久的将来光纤传感器必将在海洋、化工、水利电力等各个领域显示其应用活力。

一文深度了解光纤传感器的应用场景

一文深度了解光纤传感器的应用场景文| 传感器技术（WW_CGQJS）光纤传感器与测量技术是当今传感器技术领域新的发展引应用，其测量用的光纤传感器有很多种类，有很多种工作方式。国内市场上光纤传感器应用主要在以下四种：光纤陀螺、光纤光栅传感器、光纤电流传感器和光纤水听器。下面对这四种产品分别介绍一下。光纤传感器应用种类一、光纤陀螺。光纤陀螺按原理可分为干涉型、谐振型和布里渊型，这是三代光纤陀螺的代表。第一代干涉型光纤陀螺，目前该项技术已经成熟，适合进行批量生产和商品化；第二代谐振型光纤陀螺，暂时还处于实验室研究向实用化推进的发展阶段；第三代布里渊型，它还处于理论研究阶段。光纤陀螺结构根据所采用的光学元件有三种实现方法：小型分立元件系统、全光纤系统和集成光学元件系统。目前分立光学元件技术已经基本退出，全光纤系统用在开环低精度、低成本的光纤陀螺中，集成光学器件陀螺由于其工艺简单、总体重复性好、成本低，所以在高精度光纤陀螺很受欢迎，是其主要实现方法。二、光纤光栅传感器目前国内外传感器领域的研究热点之一光纤布拉格光栅传感器。传统光纤传感器基本上可分为两种类型：光强型和干

涉型。光强型传感器的缺点在于光源不稳定，而且光纤损耗和探测器容易老化；干涉型传感器由于要求两路干涉光的光强同等，所以需要固定参考点而导致应用不方便。目前开发的以光纤布拉格光栅为主的光纤光栅传感器可以避免出现上面两种情况，其传感信号为波长调制、复用能力强。在建筑健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等应用中，光纤光栅传感器是最理想的灵敏元件。光纤光栅传感器在地球动力学、航天器、电力工业和化学传感中有广泛的应用。三、光纤电流传感器电力工业的迅猛发展带动电力传输系统容量不断增加，运行电压等级也越来越高，电流也越来越大，这样测量起来就非常困难，这就显现出光纤电流传感器的优点了。在电力系统中，传统的用来测量电流的传感器是以电磁感应为基础，这就存在以下缺点：它容易爆炸以至引起灾难性事故；大故障电流会造成铁芯磁饱和；铁芯发生共振效应；频率响应慢；测量精度低；信号易受干扰；体积重量大、价格昂贵等等，已经很难满足新一代数字电力网的发展需要。这个时候光纤电流传感器应运而生。四、光纤水听器光纤水听器主要用来测量水下声信号，它通过高灵敏度的光纤相干检测，将水声信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统进行识别。与传统水听器相比，光纤水听器具有

光纤传感器的应用及发展

文章编号:10044736(2004)02006304 光纤传感器的应用及发展杨春曦,胡中功3,戴克中 (武汉化工学院电气信息工程学院,湖北武汉430073) 摘　要:简要介绍了光纤传感器的特点,综述了光纤传感器的发展以及近期国际上光纤传感器的研究和应用情况,最后描述了其前景和主要研究方向. 关键词:光纤传感器;应用;光纤布拉格光栅;温度测量中图分类号:TQ 174.75+9 文献标识码:A 收稿日期:20031013 作者简介:杨春曦(1976),男,贵州铜仁人,硕士研究生.3通讯联系人. 0　引　言光纤传感器的历史可追溯到上世纪70年代, 那时,人们开始意识到光纤不仅具有传光特性,且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础,无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来.1977年,美国海军研究所(N RL )开始执行由查尔斯?M ?戴维斯(Charles M .D avis )博士主持的Fo ss (光纤传感器系统)计划[1],这被认为是光纤传感器问世的日子.从这以后,光纤传感器在世界的许多实验室里出现.由于其具有常规传感器所无法比拟的优点和广阔的发展前景,很多国家不遗余力地加大对光纤传感器的研究力度,也涌现出许多成果[2].但它仍存在诸如价格昂贵、技术不够成熟等瓶颈,这使得它在工程上的应用较少.最近涌现的很多成果无论是在价位上还是技术上都有了新的突破.随着新方法、新工艺不断被引入,大量低价位高性能光纤传感器面世,而光纤与其他学科理论相结合,不仅使光纤传感器在信号检测精度、传输减损、信号处理方面有了很大的提高,而且其应用领域也越加广阔.本文简要地介绍了光纤传感器的特点,并对光纤传感器近期的发展动态进行简要地概述. 1　光纤传感器的特点光纤传感器由光源、传输光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成.众所周知,描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等),这些参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生改变.如当温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时,均会使这些参量发生相应变化.光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小.一般光纤传感器按其作用不同可分为两种类型:传光型和敏感型.而按其检测方法不同主要又可分为两种类型:强度型和相位型.图1是光纤传感器的结构框图 . 图1　光纤传感器的结构框图 F ig .1　Structu ral diagram of fiber op tic sen so r 与传统的传感器相比,光纤传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、耐腐蚀、本质安全及测量对象广泛等特点,而且在一定条件下可任意弯曲,可根据被测对象的情况选择不同的检测方法,再加上它对被测介质影响小,非常有利于在医药卫生等具有复杂环境的领域中应用. 2　光纤传感器在研究和工程中的应用近况 2.1　光纤传感器的工程应用光纤的优点和具体学科理论相结合,产生一大批应用范围更广、性能更好、价格相对低廉的各具特色的光纤传感器,在传统领域和新兴领域都得到很好的应用. 2.1.1　光纤传感器在化学和生物学中的应用　当前,在国外研究得比较多的化学和生物光纤传感器主要有光吸收型传感器,荧光型传感器和衰减波形光纤传感器三种. a .光吸收型传感器的工作原理是根据测定被测物对特定波长的光产生吸收以及吸收的强度来确第26卷第2期武　汉　化　工　学　院　学　报 V o l .26　N o.22004年6月 J.　W uhan In st .　Chem.　T ech . Jun.　2004

光纤传感器的基本原理及在医学上的应用

２００8年9月中国医学物理学杂志Sep ．,２００8 第２5卷第5期ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ．25．Ｎｏ．5 光纤传感器的基本原理及在医学上的应用孙素梅1，陈洪耀2，3，尹国盛2（1.漯河医学高等专科学校，河南漯河462000；2.河南大学物理与电子学院，河南开封 475004；3.中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031）摘要：目的：本文的目的简要介绍光纤传感器的基本原理和简单分类，重点阐述传光型光纤传感器在医学的压力、流速、ｐＨ值等五方面的应用。方法：光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区，在调制区内，外界被测参数与进入调制区的光相互作用，使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被调制的信号光，再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测物理量。光纤传感器按其传感原理可分为两大类：一类是传光型传感器，另一类是传感型传感器。结果：目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。光纤传感器主要优点：小巧、绝缘、不受射频和微波干扰、测量精度高。医疗上的图象传输是传输型光纤传感器应用中很有特色的一部分。只需将许多光纤组成光纤束，就可以做成能有效地使图象空间量子化的传感器。自从光导纤维引入到内窥镜以后，扩大了内窥镜的应用范围。光导纤维柔软、自由度大、传输图象失真小、直径细等优点使得各种内窥镜检查人体的各个部位几乎都是可行的，且操作中不会引起病人的痛苦与不适。其中光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。在进行激光血管成形术时，血管镜可提供很多重要的信息，用以引导激光辐射的方向，选择激光的能量和持续时间，并可了解在成形术后的治疗效果。光纤内窥镜不仅用于诊断，也正进入治疗领域中，例如用于做息肉切除手术等。微波加温治疗技术是当前治疗癌症的有效途径，但微波加温治疗癌症技术的温度难以控制，而光纤温度传感器恰可以对微波加温治疗癌症的有效温度进行监测，从而使温度不致于过高杀死人体的正常细胞，也不会过低达不到治疗目的，使癌细胞进一步扩散。光纤温度传感器在癌症治疗方面的研究和开发正日益兴起。结论：光纤传感器作为一种优势明显的新型传感器在医学领域得到应用，为治疗疾病提供了一种崭新的方法。可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高，不久的将来光纤传感器必将会进一步推动医学的飞速发展。关键词：光纤传感器；测量；医学；应用中图分类号：Ｒ３１２文献标识码：Ａ文章编号：1005-202X （2008）05-0846-05 The Basic Principle and Applications on Medical of Fiber Optic Sensors ＳＵＮＳｕ－ｍｅｉ１，ＣＨＥＮＨｏｎｇ－ｙａｏ２，３，ＹＩＮＧｕｏ－ｓｈｅｎｇ２（１．ＬｕｏｈｅＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＬｕｏｈｅＨｅ＇ｎａｎ４６２０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅ＇ｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫａｉｆｅｎｇＨｅ＇ｎａｎ４７５００４，Ｃｈｉｎａ；３．ＴｈｅＡｎ＇ｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ） Abstract:Objective:Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｉｍｐｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｏｎｍｅｄｉｃａｌｉｎｂｌｏｏｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｆｌｏｗ，ｔｈｅｐＨｖａｌｕｅｅｔｃ．Method:Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｓｅｎｄｓｏｕｔｔｈｅｐｈｏｔｏｓｏｕｒｃｅｓｅｎｄｓｉｎａｆｔｅｒｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｉｎｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｗｉｔｈｅｎｔｅｒｓｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａｔｈｅｌｉｇｈｔｔｏａｆｆｅｃｔｍｕｔｕａｌｌｙ，ｃａｕｓｅｓｔｈｅｌｉｇｈｔｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｐｈａｓｅ，ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｔｏｏｃｃｕｒｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｏｔｈｅｓｉｇｎａｌｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｍｏｄｕｌａｔｅｓ，ａｇａｉｎｐａｓｓｅｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｓｅｎｄｉｎｔｈｅｌｉｇｈｔｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒｏｂｔａｉｎｓｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｑｕａｎｔｉｔｙ．Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｍａｙｄｉｖｉｄｅｉｎｔｏｔｗｏｋｉｎｄｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｓｅｎｓｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ：ｏｎｅｋｉｎｄｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ；ｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ．Result:Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｍａｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｅｄｉｃｉｎｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｍａｉｎａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｒｅ：ｅｘｑｕｉｓｉｔｅ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ｎｏｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｓh ｉｇｈ．Ｔｈｅｉｍａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｍｅｄｉｃａｌｉｓｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｐａｒｔｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅｓｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｏｎｌｙｔｉｅａｐｌｅｎｔｙｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓ，ｗｅｃｏｕｌｄｍａｋｅｔｈｅｓｅｎｓｏｒｗｈｉｃｈｃａｎｃａｕｓｅｔｈｅｉｍａｇｅｓｐａｃｅ收稿日期：2008-03-10 作者简介：孙素梅（1954-），女，漯河医学高等专科学校物理教研室副教授。Tel ：0395-296452713939575106；E -mail ： sunsumei2007@https://www.docsj.com/doc/9d18967976.html, 。 846--

光纤传感器在温度测量中的应用

光纤传感技术是伴随光通信的迅速发展而形成的新技术。在光通信系统中，光纤是光波信号长距离传输的媒质。当光波在光纤中传输时，表征光波的相位、频率、振幅、偏振态等特征参量，会因温度、压力、磁场、电场等外界因素的作用而发生变化，故可以将光纤用作传感器元件，探测导致光波信号变化的各种物理量的大小，达就是光纤传感器。利用外界因素引起光纤相位变化来探测物理量的装置，称为相位调制传感型光纤传感器，其他还有振幅调制传感型、偏振态调制型、传光型等各种光纤传感器。与其他传感器相比，光纤传感器的特点是：抑抗电磁干扰，电绝缘性能好，耐腐蚀，安全可靠。因此可用于强电磁干扰，燃易爆，强腐蚀等环境中。灵敏度高、重丝轻、体积小、光路可变等。光纤传感器测温技术是近年才发展起来的新技术，并已逐渐显露出某些优异特性。可是，正象其他新技术一样，光纤传感器技术并不是万能的，它不是用来代替传统方法，而是对传统测温方法的补充与提高。充分发挥它的特长，就能创造出新的测温方案与技术应用的场合。光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展的一种新的传感技术。是20世纪70年代中期以来国际上发展最快的高科技应用技术。光纤传感器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质。以其独有的特质而得以广泛应用，不难看出光纤传感器未来将会有较广阔的应用前景。艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城。https://www.docsj.com/doc/9d18967976.html,/

光纤传感器的应用和发展

文章编号:100320794(2004)0820009202 光纤传感器的应用和发展马天兵,杜　菲 (安徽理工大学,安徽淮南232001) 摘要:主要阐述了光纤传感器的原理、特点及国内外的发展情况,介绍了在实际测量中的一些具体应用。提出了我国光纤传感器存在的问题,指出了今后发展的方向,为光纤传感器的深入研究提供了有益的参考。关键词:光纤传感器;测量精度;传感技术中图号:T N253文献标识码:A 1　前言自20世纪70年代以来,光纤传感器取得了飞速发展。由于它独特的优点,决定了可实现某些特殊条件下的测量工作,比常规检测技术具有诸多优势,是传感技术发展的一个主导方向。光纤传感技术代表了新一代传感器的发展趋势。光纤传感器产业已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一,它以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。 2　光纤传感器的原理光纤传感器通常由光源、传输光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成。众所周知,描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等)。这些参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生改变,特别如温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时,都会使这些参量发生相应变化。光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小。光纤传感器与传统传感器相比有其独特的优点,即非接触式测量、抗干扰力强、灵敏度高、体积小、重量轻、柔性好,而且测量对象广泛。因此,在传感器行业中,光纤传感器越来越显示出它的优势。它将替代传统的机械接触式传感器及电容非接触式传感器。机械接触式传感器磨损被测表面,这就限制了测量精度。电容非接触式传感器的抗电磁干扰力差,使得其实用范围受到限制。 3　国内外光纤传感器的发展概况由于光纤传感器应用的广泛性及其广阔的市场,其研究和开发在世界范围内引起了高度的重视,各国家更是竟相研究开发并引起激烈的竞争。美国是研究光纤传感器起步最早、水平最高的国家,在军事和民用领域的应用方面,其进展都十分迅速。在军事应用方面,研究和开发主要包括:水下探测的光纤传感器、用于航空监测的光纤传感器、光纤陀螺、用于核辐射检测的光纤传感器等。这些研究都分别由美国空军、海军、陆军和国家宇航局(NAS A)的有关部门负责,并得到许多大公司的资助。美国也是最早将光纤传感器用于民用领域的国家。如运用光纤传感器监测电力系统的电流、电压、温度等重要参数,监测桥梁和重要建筑物的应力变化,检测肉类和食品的细菌和病毒等。日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光纤传感器的研究与开发。日本在20世纪80年代便制定了“光控系统应用计划”,该计划旨在将光纤传感器用于大型电厂,以解决强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中的信息测量、传输和生产过程的控制。20世纪90年代,由东芝、日本电气等15家公司和研究机构,研究开发出12种具有一流水平的民用光纤传感器。西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光纤传感器的研发和市场竞争,其中包括英国的标准电讯公司、法国的汤姆逊公司和德国的西门子公司等。我国在20世纪70年代末就开始了光纤传感器的研究,其起步时间与国际相差不远。目前,已有上百个单位在这一领域开展工作,如清华大学、华中理工大学、武汉理工大学、重庆大学、核工业总公司九院、电子工业部1426所等。他们在光纤温度传感器、压力计、流量计、液位计、电流计、位移计等领域进行了大量的研究,取得了上百项科研成果,其中相当数量的研究成果具有很高的实用价值,有的达到世界先进水平。每年发表的论文、申请的专利也不少。但与发达国家相比,我国的研究水平还有不小的差距,主要表现在商品化和产业化方面,大多数品种仍处于实验室研制阶段,不能投入批量生产和工程化应用。 4　光纤传感器的应用光纤传感器的应用范围很广,几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活,尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用,解决了许多行业多年 ? 9 ? 　2004年第8期煤矿机械

光纤传感器结构原理及分类

光纤温度传感器 1、光纤传感器结构原理以电为基础的传统传感器是一种把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(a)。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(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成，见图(b)。由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。可见,光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。

光是一种电磁波，其波长从极远红外的lmm到极远紫外线的10nm。它的物理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。因此，讨论光的敏感测量必须考虑光的电矢量E的振动，即 A——电场E的振幅矢量；ω——光波的振动频率； φ——光相位；t——光的传播时间。可见，只要使光的强度、偏振态(矢量A的方向)、频率和相位等参量之一随被测量状态的变化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制等进行解调，获得所需要的被测量的信息。 2、光纤传感器的分类

注：MM多模；SM单模；PM偏振保持；a,b,c功能型、非功能型、拾光型（1）根据光纤在传感器中的作用光纤传感器分为功能型、非功能型和拾光型三大类。 1）功能型（全光纤型）光纤传感器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。 2）非功能型（或称传光型）光纤传感器光纤仅起导光作用，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。光纤不连续。此类光纤传感器无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。但灵敏度也较低，用于对灵敏度要求不太高的场合。

光纤传感器原理与应用

光纤传感器原理与应用 1 引言传感器技术、通信技术、计算机技术是现代信息技术的三大支柱，传感器作为探测与获取外界信息的重要环节之一而被应用于工业、农业及军事等各个领域。近20多年来，光纤传感器的发展则大有取代传统传感器的趋势。光纤传感器是光通信和集成光学技术发展的结晶，与以往的传感器不同，它将被测信号的状态以光学的形式取出[1]。光信号不仅能被人所直接感知，利用半导体二极管等小型简单元件还可以进行光电、光学转换，极易与一些电子装备相匹配。此外，光纤不仅是一种敏感元件，还是一种优良的低损耗传输线，因此，光纤传感器还可以用于传统的传感器所不适用的远距离测量。自从20世纪70年代末光纤传感器诞生以来，便由于其具有的防火、防爆、精度高、损耗低、体积小、重量轻、寿命长、性价比高、复用性好、响应速度快、抗电磁干扰、频带范围宽、动态范围大、易与光纤传输系统组成遥测网络等优点而被广泛地应用于各行各业。随着对其研究的不断深入，光纤传感器势必会对科学研究、国民生产、日常生活等诸多领域产生深远影响。 2 光纤传感器基本构成及原理光纤传感器由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光探测器以及解调制器组成。其基本原理是将光源的光经入射光纤送人调制区，光在调制区内与外界被测参数相互作用，使光的光学性质(如强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化而成为被调制的信号光，再经出射光纤送入光探测器、解调器而获得被测参数。光纤传感器按传感原理可分为两类：一类是传光型(非功能型)传感器[2]，另一类是传感型(功能型)传感器[3]。在传光型光纤传感器中，光纤仅作为光的传输媒质，对被测信号的感觉是靠其它敏感元件来完成的，这种传感器中出射光纤和入射光纤是不连续的，两者之间的调制器是光谱变化的敏感元件或其它性质的敏感元件。在传感型光纤传感器中光纤兼有对被测信号的敏感及光信号的传输作用，将信号的“感”和“传” 合而为一，因此这类传感器中光纤是连续的。

光纤传感器用途

光纤图像传感器是采用传像束来实现的。传像束由玻璃光纤按一定规则排列而成。在一条传像束中，包含了数万条甚至几十万条直径为10~20μm的光纤，每一条光纤传送一个像素信息。用传像束可对图像进行传递、分解、合成和修正。传像束式的光纤图像传感器在医疗、工业和军事等部门有着广泛的应用。（一）工业用的内窥镜在工业生产过程中，经常需要检查系统内部的结构情况，而这种结构由于各种原因不能打开或不能靠近观察。采用光纤图像传感器将探头放入系统内部，通过光束的传输，可以再系统外部观察、监视系统内部的情况，其中一种结构由物镜、传像束、传光束、目镜组成。光源发出的光通过光束照射到被测物体上，照明视场，通过物镜和传像束把内部结构图像传送出来，以便观察和照相。另一种结构是内部结构的图像通过传像束送到CCD器件，这样可把光信号转换成电信号，送入微机进行处理，并可通过微机输出控制伺服装置，以实现跟踪扫描，其结果也可实时显示、打印。（二）医用内窥镜医用内窥镜由末端的物镜、光纤图像导管、顶端的目镜和控制手柄组成。照明光是通过图像导管外层光纤照射到被观测物体上，反射光通过传像束输出。由于光纤柔软、自由度大，末端通过手柄能控制偏转，传输图像失真小，因此，他是检查和诊断人体内部各种疾病和进行某些外科手术的重要仪器。更多光纤传感器应用请登陆传感器之家。参考资料：ii。https://www.docsj.com/doc/9d18967976.html,。ii 我就是做光纤传感器（OFS）的，OFS在应用上分为传光型的和传感型的。顾名思义，前一种就是起到传输光的作用，传感元件要与光纤连在一起；后一种就是既有传输光的作用，又有传感作用。现在研究热点几乎都是后一种，所以我就简单介绍下后一种，因为光纤传感器作为传感用有很多的应用，比如抗腐蚀，抗电磁干扰等，可以在复杂恶劣的环境下使用。作为传感用的光纤，原理上就是通过对传输光的偏振，强度，相位，波长，周期，频率等进行调制，通过检测器获得调制结果而进行传感的器件。因为当外界的环境变化时，比如说温度，应力、磁、声、压力、温度、加速度等都会对光纤的折射率分布等一些构造产生微小的影响，导致传输光的特性发生改变，通过探测这些改变而得到外界的变化，起到传感作用。至于应用方面就很广泛了，几乎可以应用到现在大多数电学传感器应用的领域了，比如现在比较火的是安防，围界安全，输油管道安全实时监控等，反正应用前景很广的。有具体想问的可以联系我，因为我就在做这方面光纤传感器国内有哪些高校在研究，有没有知名专家？很多啊，例如天津大学刘铁根武汉理工大学姜德生成都电子科技大学饶云江南京大学张旭萍中国计量学院还有不少研究所也在做这个方面。还有不少，网上都能搜到的，其中刘铁根和姜德生是院士。做得都很不错光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。光纤传感器应用：磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。见百度百科https://www.docsj.com/doc/9d18967976.html,/view/251998.html?wtp=tt

光纤传感器的应用实例

功率放大器的制作与调试实训报告一、实训目的 1.通过自己动手实践加深对集成运算放大器工作原理的认识。 2.通过思考实验中遇到的问题来加深对电子技术知识的认识。 3.通过动手焊接电路和查找线路中的故障来培养自己的动手能力。二、实训线路及器材 1.实训电路 2.工作原理图上所示电路为本作品—双电源供电BTL音频功率放大器（双声道）原理图，本作品自带电源电路，简单实用。其中TDA2030是高保真集成功率放大器芯片，输出功率大于10W，频率响应为10~1400Hz，输出电流峰值最大可达3.5A。其内部电路包含输入级、中间级和输出级，且有短路保护和过热保护，可确保电路工作安全可靠。TDA2030使用方便、外围所需元器少，一般不需要调试即可成功。TDA 2030（1）为同相放大器，输入信号Vin通过交流

耦合电容C1馈入同相输入端1脚。D7为整流桥堆起整流作用，C13.C14起滤波作用，R5是音量调节电位器，C1是输入耦合电容，。R2、R6决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益。该电路闭环增益为（R2+R6）/R6=（0.68+22）/0.68=33.3倍，C15起隔直流作用，以使电路直流为100%负反馈。静态工作点稳定性好。C3、C5、C7、C8为电源高频旁路电容，防止电路产生自激振荡 3.元器件清单名称规格型号数量位号集成电路TDA2030 1 IC 整流二极管1N4007 2 D1，D2 电阻器100K 4 R1，R2，R3，R5 电阻器 4.7K 1 R4 电阻器电阻器电阻器电阻器电阻器电阻器电阻器瓷片电容器瓷片电容器瓷片电容器瓷片电容器电解电容电解电容电位器电位器 2P接线输出端子音频输入插座 3P电源插座直推电源开关 IC散热器散热器螺丝发光LED 变压器瓷片电容 4.实训主要材料设计的TDA2030采用双电源供电，采用双电源输入，可采用一个变压器，通过变压器把220V常用电压变成正负12V作为电源输入。 5.实训工具三、训练步骤及内容 1. 第一步是画电路原理图，根据老师给的图画出原理图。 2.第二步是分析原理图，我在分析次原理图时发现原理比较简单，就是以TDA2030A为放大芯片，加上电源滤波电容和过压过流保护，和反馈部分的电阻，基本上就没什么了。分

光纤传感器结构原理及分类[图]

光纤传感器结构原理及分类[图] 1、光纤传感器结构原理以电为基础的传统传感器是一种把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(a)。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(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成，见图(b)。由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。可见，光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。光是一种电磁波，其波长从极远红外的lmm到极远紫外线的10nm。它的物理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。因此，讨论光的敏感测量必须考虑光的电矢量E的振动，即 A——电场E的振幅矢量；ω——光波的振动频率；φ——光相位；t——光的传播时间。可见，只要使光的强度、偏振态(矢量A的方向)、频率和相位等参量之一随被测量状态的变化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制等进行解调，获得所需要的被测量的信息。 2、光纤传感器的分类注：MM多模；SM单模；PM偏振保持；a，b，c功能型、非功能型、拾光型（1）根据光纤在传感器中的作用光纤传感器分为功能型、非功能型和拾光型三大类。 1）功能型（全光纤型）光纤传感器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。 2）非功能型（或称传光型）光纤传感器光纤仅起导光作用，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。光纤不连续。此类光纤传感器无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。但灵敏度也较低，用于对灵敏度要求不太高的场合。 3）拾光型光纤传感器用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。（2）根据光受被测对象的调制形式形式：强度调制型、偏振调制、频率调制、相位调制。

光纤传感器的基本原理及在医学上的应用.

2008年 9月中国医学物理学杂志 Sep .,2008 第 25卷第 5期 Vol. 25. No. 5 光纤传感器的基本原理及在医学上的应用孙素梅 1, 陈洪耀 2, 3, 尹国盛 2(1. 漯河医学高等专科学校 , 河南漯河 462000; 2. 河南大学物理与电子学院 , 河南开封 475004; 3. 中国科学院安徽光学精密机械研究所 , 安徽合肥 230031 摘要 :目的 :本文的目的简要介绍光纤传感器的基本原理和简单分类 , 重点阐述传光型光纤传感器在医学的压力、流速、 pH 值等五方面的应用。方法 :光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区 , 在调制区内 , 外界被测参数与进入调制区的光相互作用 , 使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被调制的信号光 , 再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测物理量。光纤传感器按其传感原理可分为两大类 :一类是传光型传感器 , 另一类是传感型传感器。结果 :目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。光纤传感器主要优点 :小巧、绝缘、不受射频和微波干扰、测量精度高。医疗上的图象传输是传输型光纤传感器应用中很有特色的一部分。只需将许多光纤组成光纤束 , 就可以做成能有效地使图象空间量子化的传感器。自从光导纤维引入到内窥镜以后 , 扩大了内窥镜的应用范围。光导纤维柔软、自由度大、传输图象失真小、直径细等优点使得各种内窥镜检查人体的各个部位几乎都是可行的 , 且操作中不会引起病人的痛苦与不适。其中光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。在进行激光血管成形术时 , 血管镜可提供很多重要的信息 , 用以引导激光辐射的方向 , 选择激光的能量和持续时间 , 并可了解在成形术后的治疗效果。光纤内窥镜不仅用于诊断 , 也正进入治疗领域中 , 例如用于做息肉切除手术等。微波加温治疗技术是当前治疗癌症的有效途径 , 但微波加温治疗癌症技术的温度难以控制 , 而光纤温度传感器恰可以对微波加温治疗癌症的有效温度进行监测 , 从而使温度不致于过高杀死人体的正常

光纤传感器的分类及应用

光纤传感器的分类及应用 2008级光信息科学与技术3班牛鑫学号：200841801071 光纤传感器（Optical Fiber Transducer）就是利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性(强度、相位、偏振态、频率、波长)改变的传感器。它的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。随着现代科学技术的发展, 信息的获得显得越来越重要。传感器正是感知、检测、监控和转换信息的重要技术手段。光纤传感器是继光学、电子学为一体的新型传感器, 与以往的传感器不同, 它将被测信号的状态以光信号的形式取出。光信号不仅能被人所直接感知, 利用半导体二极管如光电二极管等小型简单元件还可以进行光电、电光转换, 极易与一些电子装配相匹配, 这是光纤传感器的优点之一; 另外光纤不仅是一种敏感元件, 而且是一种优良的低损耗传输线; 因此, 光纤传感器还可用于传统的传感器所不适用的远距离测量。近年来光纤传感器得到了越来越广泛的应用。近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。它具有很多独特的优点：1、灵敏度高由于光是一种波长极短的电磁波, 通过光的相位便得到其光学长度。以光纤干涉仪为例, 由于所使用的光纤直径很小, 受到微小的机械外力的作用或温度变化时其光学长度要发生变化, 从而引起较大的相位变化。2、测量速度快光的传播速度最快且能传送二维信息, 因此可用于高速测量。对雷达等信号的分析要求具有极高的检测速率, 应用电子学的方法难以实现, 利用光的衍射现象的高速频谱分析便可解决。3 、信息容量大被测信号以光波为载体, 而光的频率极高, 所容纳的频带很宽, 同一根光纤可以传输多路信号。4 、适用于恶劣环境光纤是一种电介质, 耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰, 可用于其它传感器所不适应的恶劣环境中。另外, 利用光纤的柔韧性可将光纤传感器做成各种形状的传感器及传感器阵列, 用于多参数测量。光纤传感器可以分为两大类：一类是功能型（传感型）传感器; 另一类是非功能型（传光型）传感器。一、功能型传感器功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件, 被测量对光纤内传输的光进行调制, 使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化, 再通过对被调制过的信号进行解调, 从而得出被测信号。光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制，多采用多模光纤。优点：结构紧凑、灵敏度高。缺点：须用特殊光纤，成本高，典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等二、非功能型传感器非功能型传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化, 光纤仅作为信息的传输介质，常采用单模光纤。光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。

光纤传感器的基本原理及在医学上的应用.

常用的五类光纤传感器基本原理解析

光纤传感器应用

一文深度了解光纤传感器的应用场景

光纤传感器的应用及发展

光纤传感器的基本原理及在医学上的应用

最新光纤传感器的应用研究

光纤传感器在温度测量中的应用

光纤传感器的应用和发展

光纤传感器结构原理及分类

光纤传感器原理与应用

光纤传感器用途

光纤传感器的应用实例

光纤传感器结构原理及分类[图]

光纤传感器的基本原理及在医学上的应用.

光纤传感器的分类及应用