1、 1 1 概述概述 光纖：光纖： 是是光導纖維光導纖維簡稱，是用光簡稱，是用光透射率高透射率高的介質構成的的介質構成的光通路光通路。 微細的光纖封裝在微細的光纖封裝在塑料護套塑料護套中，能夠彎曲不斷裂。通常光纖一端的中，能夠彎曲不斷裂。通常光纖一端的發發 射射裝置使用裝置使用發光二極管（發光二極管（LEDLED）或一束或一束激光激光將光脈沖傳送至光纖，光纖另一將光脈沖傳送至光纖，光纖另一 端的端的接收接收裝置為裝置為光敏元件光敏元件。 光波導：光波導： 將以將以光光的形式出現的電磁波能量，利用的形式出現的電磁波能量，利用全反射全反射的原理，的原理，約束并引導約束并引導光光 波在光纖波在光纖內部

2、或表面內部或表面附近沿光光纖的附近沿光光纖的軸線軸線方向傳播。方向傳播。 光纖的制作：光纖的制作： 先在高溫下做成先在高溫下做成預制棒預制棒，然后在高溫爐中，然后在高溫爐中加溫軟化加溫軟化，拉成長絲拉成長絲，再進，再進 行行涂覆涂覆、套塑套塑，成為光纖芯線。，成為光纖芯線。 光纖的用途：光纖的用途： 光纖通信光纖通信 光纖光纖傳感傳感 光纖光纖照明照明 1 1 概述概述 光纖傳感器是傳感技術發展的一個主導方向。光纖傳感器是傳感技術發展的一個主導方向。 光纖傳感器：光纖傳感器： 當光纖受到外界環境因素的影響，如溫度、壓力、電場、當光纖受到外界環境因素的影響，如溫度、壓力、電場、 磁場等條件變化時

3、，光纖的傳輸特性將隨之改變，且二者之間磁場等條件變化時，光纖的傳輸特性將隨之改變，且二者之間 存在一定的對應關系，由此研制出光纖傳感器。存在一定的對應關系，由此研制出光纖傳感器。 優點：優點：靈敏度和精度極高，安全性好，抗電磁干擾能力強，靈敏度和精度極高，安全性好，抗電磁干擾能力強， 絕緣強度高，耐高溫、耐腐蝕性好，輕質、柔韌、寬頻帶，易絕緣強度高，耐高溫、耐腐蝕性好，輕質、柔韌、寬頻帶，易 集成為光纖系統。集成為光纖系統。 應用：應用：可以測量聲場、磁場、壓力、溫度、加速度、轉動可以測量聲場、磁場、壓力、溫度、加速度、轉動 ( (陀螺陀螺) )、位移、液位、流量、電流、輻射等、位移、液位、流

4、量、電流、輻射等 1 1 概述概述 2.1 光纖光纖的結構和分類的結構和分類 一、光纖的結構一、光纖的結構（纖芯、包層、涂覆層）（纖芯、包層、涂覆層） 纖芯：纖芯：高透明材料；高透明材料； 包層：包層：折射率略小于纖芯折射率略小于纖芯，形成光波導效應，使大部分光電磁場被，形成光波導效應，使大部分光電磁場被束束 縛在纖芯中傳輸縛在纖芯中傳輸； 涂覆層：涂覆層：保護光纖保護光纖不受水汽不受水汽侵蝕和侵蝕和機械機械擦擦傷，又增加光纖的柔韌。傷，又增加光纖的柔韌。 在涂覆層外，往往加在涂覆層外，往往加油塑料外套油塑料外套。 2 光纖光纖的傳輸理論的傳輸理論 包層包層 涂覆層涂覆層 纖芯纖芯 纖芯纖芯

5、包層包層 涂覆層涂覆層 護套護套 光纖的導光能力：光纖的導光能力：取決于纖芯和包層的性質。取決于纖芯和包層的性質。 光纖的機械強度：光纖的機械強度：取決于塑料保護外套。取決于塑料保護外套。 包層包層 涂覆層涂覆層 纖芯纖芯 纖芯纖芯 包層包層 涂覆層涂覆層 護套護套 二、光纖的分類二、光纖的分類 按光纖的原材料分為四類：按光纖的原材料分為四類： 石英系光纖：石英系光纖： 纖芯和包層由纖芯和包層由高純度高純度sio2摻雜制成；摻雜制成； 光耗光耗最低最低、強度和可靠性最高、強度和可靠性最高、應用最廣泛、價格最高應用最廣泛、價格最高。 (2) 多組分玻璃纖維：多組分玻璃纖維： 光纖由光纖由鈉玻璃鈉

6、玻璃摻雜制成；摻雜制成； 光損較低，可靠性偏低。光損較低，可靠性偏低。 (3) 塑料包層光纖：塑料包層光纖： 纖芯是纖芯是石英石英，包層是，包層是硅樹脂硅樹脂； (4) 全塑光纖：全塑光纖： 纖芯和包層由纖芯和包層由塑料塑料制成；價格低、光損大、可靠性低。制成；價格低、光損大、可靠性低。 根據光纖截面上根據光纖截面上折射率分布折射率分布分為兩類：分為兩類： 階躍型光纖階躍型光纖（階躍折射率光纖）（階躍折射率光纖） 纖芯的折射率纖芯的折射率分布均勻分布均勻，在纖芯和包層的界面上，在纖芯和包層的界面上折射率發生突變折射率發生突變，光，光 線行進軌跡呈線行進軌跡呈鋸齒形鋸齒形。 (2) 漸變型光纖漸

7、變型光纖（梯度型光纖）（梯度型光纖） 纖芯的折射率從纖芯的折射率從芯中芯中至至芯邊緣芯邊緣按拋物線按拋物線減小減小，包層的折射率是，包層的折射率是常數常數， 光線行進軌跡呈光線行進軌跡呈蛇形蛇形。 根據光纖中光傳播模式的數量分為兩類：根據光纖中光傳播模式的數量分為兩類： 多模光纖：多模光纖：芯的直徑芯的直徑15m50m。 工作波長工作波長傳播模式為多個模式傳播模式為多個模式的光纖。的光纖。 (2) 單模光纖：單模光纖：芯的直徑為芯的直徑為8m10m。 工作波長，工作波長，只能傳輸一個傳播模式只能傳輸一個傳播模式的光纖，是應用的光纖，是應用最廣泛最廣泛的光纖。的光纖。 2.2 2.2 光纖中光的

8、傳輸及性質光纖中光的傳輸及性質 一、光的傳輸一、光的傳輸 全反射現象：全反射現象： 當光線由光當光線由光密密媒質媒質( (折射率折射率n1) )射入光射入光疏疏媒質媒質( (折射率折射率n2，n1n2) )時，時， 若入射角大于等于臨界角若入射角大于等于臨界角f fsin 1( (n2/ /n1) )，在媒質界面上會發生 ，在媒質界面上會發生全反射全反射現現 象。象。 ?c c max max 光按直線傳播，在光按直線傳播，在纖芯纖芯和和包層包層的的界面界面上光發生反射。上光發生反射。 包層的折射率包層的折射率n n2 2小于小于纖芯的折射率纖芯的折射率n n1 1，存在著，存在著臨界角臨界角

9、?c c。 光線在界面上入射角光線在界面上入射角?大于大于?c c時，發生時，發生全反射全反射現象?，F象。 如如?小于小于?c c，入射光有一部分反射，另一部分，入射光有一部分反射，另一部分通過界面進入通過界面進入包層包層，經過，經過 多次反射，多次反射，光能量很快衰減光能量很快衰減。 只有滿足全反射條件的光線才能攜帶能量傳向遠方。只有滿足全反射條件的光線才能攜帶能量傳向遠方。 ?c=sin 1（ （n2/ /n1) 光在光纖中傳播：光在光纖中傳播： 2.2 2.2 光纖中光的傳輸及性質光纖中光的傳輸及性質 二、光纖的主要參數 1. .數值孔徑數值孔徑 光從空氣入射到光纖輸入端面時，處在某一光

10、從空氣入射到光纖輸入端面時，處在某一角錐角錐內的光線進入光纖后內的光線進入光纖后 ，就被截留在纖芯中，此，就被截留在纖芯中，此光錐半角光錐半角( (q qC) )的正弦稱為數值孔徑的正弦稱為數值孔徑。 數值孔徑數值孔徑NA是光纖的一個基本參數，反映了光纖與光源或探測器等元是光纖的一個基本參數，反映了光纖與光源或探測器等元 件耦合時的件耦合時的耦合效率耦合效率，只有入射光處于，只有入射光處于2q qC的光錐的光錐內內, 光纖才能導光。光纖才能導光。 一般希望有一般希望有大的數值孔徑大的數值孔徑，這有利于耦合效率的提高，但數值孔徑過，這有利于耦合效率的提高，但數值孔徑過 大，會造成光信號畸變。大，

11、會造成光信號畸變。 2.2 2.2 光纖中光的傳輸及性質光纖中光的傳輸及性質 NA與光纖的幾何尺寸無關與光纖的幾何尺寸無關，僅與纖芯和包層的折射率有僅與纖芯和包層的折射率有 關關，纖芯和包層的折射率，纖芯和包層的折射率差別越大差別越大，數值孔徑就越大，光纖，數值孔徑就越大，光纖 的的集光能力就越強集光能力就越強。 石英光纖的石英光纖的NA0.20.4。 NAnn n = 2 2 2 1 0 C 1 sinq 數值孔徑數值孔徑NA 2.2 2.2 光纖中光的傳輸及性質光纖中光的傳輸及性質 2. .光纖的傳輸模式光纖的傳輸模式 光纖中每一個允許傳播的波稱為一個模，某種光纖只能傳輸特定模光纖中每一個

12、允許傳播的波稱為一個模，某種光纖只能傳輸特定模 數的光。數的光。 光纖傳輸模數的參數光纖傳輸模數的參數n n： 由纖芯半徑由纖芯半徑r、傳輸光波長傳輸光波長l l及光纖的數值孔徑及光纖的數值孔徑NA確定。確定。 l n NA r2= n n值值小于小于2.41的光纖，纖芯很細的光纖，纖芯很細( (5 m mm10 m mm) )，僅能傳輸基模，故稱，僅能傳輸基模，故稱 為為單模單模光纖。光纖。 n n值值大大的光纖傳輸的模數多，稱為的光纖傳輸的模數多，稱為多模多模光纖，通常纖芯直徑較粗光纖，通常纖芯直徑較粗( (幾十幾十 m mm以上以上) )，能傳輸幾百個以上的模。，能傳輸幾百個以上的模。

13、2.2 2.2 光纖中光的傳輸及性質光纖中光的傳輸及性質 ( (1) )單模光纖單模光纖 光纖傳輸性能好，常用于功能型光纖傳感器，光纖傳輸性能好，常用于功能型光纖傳感器，制成的傳制成的傳 感器比多模傳感器有更好的線性、更高的靈敏度和動態測量感器比多模傳感器有更好的線性、更高的靈敏度和動態測量 范圍。但由于纖芯太小，范圍。但由于纖芯太小，制造、連接和耦合都很困難。制造、連接和耦合都很困難。 ( (2) )多模光纖多模光纖 光纖性能較差。但纖芯截面大，容易制造，連接耦合也光纖性能較差。但纖芯截面大，容易制造，連接耦合也 比較方便。比較方便。常用于非功能型光纖傳感器常用于非功能型光纖傳感器。 2.2

14、 2.2 光纖中光的傳輸及性質光纖中光的傳輸及性質 3. .傳輸損耗傳輸損耗 光波在光纖中傳輸，隨著傳輸光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加距離的增加，光功率逐漸下降光功率逐漸下降，這就，這就 是光纖的傳輸損耗。是光纖的傳輸損耗。 形成光纖損耗的原因很多，形成光纖損耗的原因很多，光纖纖芯材料的吸收、散射，光纖彎曲光纖纖芯材料的吸收、散射，光纖彎曲 處的輻射損耗，光纖與光源的耦合損耗，光纖之間的連接損耗等，都會處的輻射損耗，光纖與光源的耦合損耗，光纖之間的連接損耗等，都會 造成光信號在光纖中的傳播有一定程度的損耗。造成光信號在光纖中的傳播有一定程度的損耗。 通常用衰減率通常用衰減率 表示傳播損耗

15、。表示傳播損耗。 )dB/km( )/lg(10 01 L II = 2.2 2.2 光纖中光的傳輸及性質光纖中光的傳輸及性質 光纖的損耗對傳輸系統的光纖的損耗對傳輸系統的中繼距離中繼距離影響很大。影響很大。 通常采用通常采用加大輸入光強加大輸入光強來補償光纖損耗。來補償光纖損耗。 固有損耗：固有損耗：難以消除難以消除 源于源于石英材料石英材料的本征吸收和瑞利散射，這限制了光纖的本征吸收和瑞利散射，這限制了光纖 的最小損耗；的最小損耗； 非固有損耗：非固有損耗：可以減小可以減小 源于因材料、工藝引起的雜質吸收和光纖彎曲，通過提源于因材料、工藝引起的雜質吸收和光纖彎曲，通過提 純材料、改善工藝和

16、精心設計、制作來減小損耗。純材料、改善工藝和精心設計、制作來減小損耗。 有的光纖傳感器就是利用有的光纖傳感器就是利用被測量被測量的變化引起光纖損耗，通的變化引起光纖損耗，通 過光纖光強的變化進行精密測量。過光纖光強的變化進行精密測量。 光纖的損耗機理分為兩種：光纖的損耗機理分為兩種： 2.2 2.2 光纖中光的傳輸及性質光纖中光的傳輸及性質 4. .色散色散 光纖的色散是由于光信號中的光纖的色散是由于光信號中的不同頻率成分或不同的模式不同頻率成分或不同的模式，在光纖中，在光纖中 傳輸時，傳輸時，由于速度不同而使得傳播時間不同由于速度不同而使得傳播時間不同，從而產生，從而產生波形畸變波形畸變的現

17、象。的現象。 當輸入光束是當輸入光束是光脈沖光脈沖時，隨著光的傳輸，光脈沖的時，隨著光的傳輸，光脈沖的寬度寬度可被展寬，如可被展寬，如 果光脈沖變得太寬以致發生重疊或完全吻合，施加在光束上的信息就會喪果光脈沖變得太寬以致發生重疊或完全吻合，施加在光束上的信息就會喪 失。失。 光纖中產生的脈沖展寬現象稱為色散。光纖中產生的脈沖展寬現象稱為色散。 2.2 2.2 光纖中光的傳輸及性質光纖中光的傳輸及性質 光纖的色散分為三種：光纖的色散分為三種： 材料色散：材料色散： 因光纖的因光纖的折射率隨波長變化折射率隨波長變化產生的。產生的。 結構色散：結構色散： 由光纖的由光纖的幾何結構幾何結構決定的色散，

18、它是模式本身的色散。決定的色散，它是模式本身的色散。 模式色散：模式色散： 多模式傳輸下，因多模式傳輸下，因模式不同模式不同引起的色散。引起的色散。 2.2 2.2 光纖中光的傳輸及性質光纖中光的傳輸及性質 常用光纖類型及參數常用光纖類型及參數 類類 型型折射率分布折射率分布 纖芯直徑纖芯直徑 / /m mm 包層直徑包層直徑 / /mm 數值孔徑數值孔徑 單單 模模28801250.100.15 多模階躍光纖多模階躍光纖 ( (玻璃玻璃) ) 802001002500.10.3 多模階躍光纖多模階躍光纖 ( (玻璃玻璃/ /塑料塑料) ) 200100023012500.180.50 多模梯

19、度光纖多模梯度光纖501001251500.10.2 2.2 2.2 光纖中光的傳輸及性質光纖中光的傳輸及性質 一、光纖傳感技術的分類一、光纖傳感技術的分類 （1）功能型）功能型（傳感型光纖傳感器）傳感型光纖傳感器） 光纖既感知信息，又傳輸信息。光纖既感知信息，又傳輸信息。 主要使用單模光纖，主要使用單模光纖，改變光纖的幾何尺寸和材料性質可以改善改變光纖的幾何尺寸和材料性質可以改善 靈敏度。靈敏度。 3 光光纖傳感原理纖傳感原理 光纖光纖 敏感敏感 元件元件 光源光源光源光源 光纖光纖 光電元件光電元件 光電元件光電元件 測測 量量 對對 象象 測測 量量 對對 象象 功能型光纖是功能型光纖是

20、連續連續的，結構比較的，結構比較簡單簡單，但為了能夠靈敏地感受外界，但為了能夠靈敏地感受外界 因素的變化，需要用因素的變化，需要用特種光纖作探頭特種光纖作探頭，使得制造比較困難。，使得制造比較困難。 （2） 非功能型：非功能型： 光纖光纖僅起傳輸信息僅起傳輸信息的作用，的作用，利用在兩根光纖中間或光纖端面放置利用在兩根光纖中間或光纖端面放置 敏感元件敏感元件，來感受被測量的變化。，來感受被測量的變化。 光纖光纖 敏感敏感 元件元件 光源光源光源光源 光纖光纖 光電元件光電元件 光電元件光電元件 測測 量量 對對 象象 測測 量量 對對 象象 光纖光纖 光纖光纖 敏感元件敏感元件 光源光源 光電

21、元件光電元件 光電元件光電元件 測測 量量 對對 象象 測測 量量 對對 象象 非功能型光纖傳感器可以非功能型光纖傳感器可以充分利用充分利用現有的性能優良的現有的性能優良的敏感元件敏感元件來提來提 高靈敏度。為了獲得較大的受光量和傳輸光的功率，這類傳感器使用高靈敏度。為了獲得較大的受光量和傳輸光的功率，這類傳感器使用 的光纖主要是數值孔徑和芯徑較大的階躍型的光纖主要是數值孔徑和芯徑較大的階躍型多模光纖多模光纖。 探針型光纖傳感器：探針型光纖傳感器： 是非功能型光纖傳感器，不需要外加敏感元件。光纖把測量對象輻射是非功能型光纖傳感器，不需要外加敏感元件。光纖把測量對象輻射 或反射、散射的光信號傳播

22、到光電元件?；蚍瓷?、散射的光信號傳播到光電元件。 使用單模光纖或多模光纖。典型的例子有光纖激光多普勒速度傳感器使用單模光纖或多模光纖。典型的例子有光纖激光多普勒速度傳感器 和光纖輻射溫度傳感器等。和光纖輻射溫度傳感器等。 光纖光纖 光纖光纖 敏感元件敏感元件 光源光源 光電元件光電元件 光電元件光電元件 測測 量量 對對 象象 測測 量量 對對 象象 3.2 光光纖傳感檢測系統的器件纖傳感檢測系統的器件 1. 非相干光源非相干光源 熱光源：熱光源： 物質的熱輻射，結構簡單、使用方便、物質的熱輻射，結構簡單、使用方便、連續光譜連續光譜。 (2) 氣體放電光源：氣體放電光源： 光譜不連續光譜不連續

23、、高強度、短波長。、高強度、短波長。 (3) 發光二極管：發光二極管： 可靠性較高、連續可靠性較高、連續工作時間長、光功率工作時間長、光功率電流線性度好。電流線性度好。 一、光纖傳感器的常用光源一、光纖傳感器的常用光源 分為相干光源分為相干光源(各種激光器各種激光器)和非相干光源和非相干光源(白熾光、發光二極管白熾光、發光二極管)。實際。實際 中，一般要求光源的尺寸小、發光面積大、波長合適、足夠亮、穩定性好、中，一般要求光源的尺寸小、發光面積大、波長合適、足夠亮、穩定性好、 噪聲小、壽命長、安裝方便等。噪聲小、壽命長、安裝方便等。 2. 相干光源相干光源 激光良好的單色性、方向性、相干性及高亮

24、度。激光良好的單色性、方向性、相干性及高亮度。 (1) 固體激光器：固體激光器：用于測量用于測量吸收光譜吸收光譜。 (2) 液體激光器：液體激光器：因使用不方便，在光纖傳感領域很少使用。因使用不方便，在光纖傳感領域很少使用。 (3) 氣體激光器：氣體激光器： 氦氖激光器、氬離子激光器、二氧化碳激光器、氦分子激光器。氦氖激光器、氬離子激光器、二氧化碳激光器、氦分子激光器。 (4) 半導體激光二極管：半導體激光二極管： 應用廣泛，發光原理與發光二極管相似，應用廣泛，發光原理與發光二極管相似，輸出光由非相干光變為了相干輸出光由非相干光變為了相干 光光。 (5) 光纖激光器：光纖激光器： 與光纖耦合好

25、，與光纖器件兼容，能進行全光纖測試。與光纖耦合好，與光纖器件兼容，能進行全光纖測試。 3.2 光光纖傳感檢測系統的器件纖傳感檢測系統的器件 光探測器光探測器 包括光敏二極管、光敏三極管、光電倍增管、光電池等。光探測器包括光敏二極管、光敏三極管、光電倍增管、光電池等。光探測器 在光纖傳感器中有著十分重要的地位，它的靈敏度、帶寬等參數將直接在光纖傳感器中有著十分重要的地位，它的靈敏度、帶寬等參數將直接 影響傳感器的總體性能。影響傳感器的總體性能。 3.2 光光纖傳感檢測系統的器件纖傳感檢測系統的器件 二、光纖傳感檢測系統的無源器件二、光纖傳感檢測系統的無源器件 1. 光纖連接器光纖連接器 是是光纖

26、之間可拆卸（活動）連接光纖之間可拆卸（活動）連接的器件。的器件。 用于光纖線路與光發射機、光接收機及無源器件之間的用于光纖線路與光發射機、光接收機及無源器件之間的連接連接。 光纖連接器會引入光纖連接器會引入插入損耗插入損耗，影響傳輸性能。，影響傳輸性能。 對光纖連接器的對光纖連接器的要求要求：插入損耗小、重復插拔、壽命長、互換性好、：插入損耗小、重復插拔、壽命長、互換性好、 拆卸方便等。拆卸方便等。 3.2 光光纖傳感檢測系統的器件纖傳感檢測系統的器件 2. 光纖耦合器光纖耦合器 (1) T型耦合器：型耦合器： 把把一根光一根光纖輸入纖輸入的光信號按照一定比例的光信號按照一定比例分配給兩根光纖

27、分配給兩根光纖，或或是把是把兩根光兩根光 纖輸入纖輸入的光信號組合在一起，的光信號組合在一起，輸入一根光纖輸入一根光纖。 (2) 星型耦合器：星型耦合器： 把把n根光纖輸入根光纖輸入的光功率組合在一起，均勻地分配給的光功率組合在一起，均勻地分配給m根光纖輸出根光纖輸出。 (3) 定向耦合器：定向耦合器： 分別取出光纖中分別取出光纖中不同方向傳輸的光信號不同方向傳輸的光信號，用作分路器，用作分路器。 (4) 波分復用器波分復用器/解復用器：解復用器： 波分復用器波分復用器是把是把多個不同波長多個不同波長的發射機輸出的光信號的發射機輸出的光信號組合組合在一起，在一起，輸入輸入 到一根到一根光纖；解

28、復用器是把光纖；解復用器是把一根光纖輸出一根光纖輸出的的多個不同波長多個不同波長的光信號，的光信號，分配分配給給 不同的接收機。不同的接收機。 3.2 光光纖傳感檢測系統的器件纖傳感檢測系統的器件 3. 光環形器光環形器 環形器能夠把光信號流按一個方向，從一個端口送到另一個端口，并防環形器能夠把光信號流按一個方向，從一個端口送到另一個端口，并防 止光信號沿錯誤方向止光信號沿錯誤方向傳播引起不必要的串擾。傳播引起不必要的串擾。 環形器在使用中通常是端口環形器在使用中通常是端口1輸入的信號由端口輸入的信號由端口2輸出，端口輸出，端口2輸入的信輸入的信 號由端口號由端口3輸出。輸出。 光環形器在光傳

29、輸的雙向路由中有廣泛的應用。光環形器在光傳輸的雙向路由中有廣泛的應用。 光環形器的損耗小，光環形器的損耗小，相鄰端口的隔離度很高。相鄰端口的隔離度很高。 光環形器示意圖光環形器示意圖 3.2 光光纖傳感檢測系統的器件纖傳感檢測系統的器件 4. 光衰減器光衰減器 光衰減器允許用戶光衰減器允許用戶降低光信號電平降低光信號電平。 衰減器采用衰減器采用金屬蒸發膜來吸收光能金屬蒸發膜來吸收光能，實現光的衰減，實現光的衰減，衰減量的大小與膜衰減量的大小與膜 的厚度成正比的厚度成正比。 衰減器分為衰減器分為固定固定衰減器和衰減器和可變可變衰減器。衰減器。 （a）固定衰減器）固定衰減器（b）可變衰減器）可變衰

30、減器 3.2 光光纖傳感檢測系統的器件纖傳感檢測系統的器件 5. 法拉第旋轉鏡法拉第旋轉鏡 通過通過反射鏡反射鏡將將輸出光的偏振態輸出光的偏振態在在輸入光的偏振態輸入光的偏振態基礎上旋轉基礎上旋轉90。 基于此，可以在光路的任何一點，基于此，可以在光路的任何一點，使輸入方向上的光的偏振態與輸出方使輸入方向上的光的偏振態與輸出方 向的光的偏振態實現正交向的光的偏振態實現正交，從而消除光纖，從而消除光纖的的雙折射雙折射，實現光纖系統中的偏振，實現光纖系統中的偏振 不敏感性。不敏感性。 3.2 光光纖傳感檢測系統的器件纖傳感檢測系統的器件 光纖傳感器光纖傳感器 強度強度調制型光纖傳感器調制型光纖傳感

31、器 相位相位調制型光纖傳感器調制型光纖傳感器 頻率頻率調制光纖傳感器調制光纖傳感器 時分時分調制光纖傳感器調制光纖傳感器 偏振偏振調制光纖傳感器調制光纖傳感器 被測量對光纖內被測量對光纖內傳輸的光進行調制傳輸的光進行調制，使傳輸光的振幅、波長、相位，使傳輸光的振幅、波長、相位 、頻率或偏振態等發生變化，再對被調制的光信號進行檢測，從而得出、頻率或偏振態等發生變化，再對被調制的光信號進行檢測，從而得出 相應的被測量。相應的被測量。 光調制是將一個攜帶信息的信號疊加到載波光波上的過程光調制是將一個攜帶信息的信號疊加到載波光波上的過程。 3.2 光光纖傳感檢測系統的器件纖傳感檢測系統的器件 1 1、

32、強度調制、強度調制 被測物理量被測物理量改變光纖中傳輸光的強度改變光纖中傳輸光的強度。 強度調制是光纖傳感器使用最早的調制方法。強度調制是光纖傳感器使用最早的調制方法。 特點是技術特點是技術簡單可靠、價格低廉簡單可靠、價格低廉?？刹捎?。可采用多模多模光纖，光纖的連接器和光纖，光纖的連接器和 耦合器均已商品化。光源可采用耦合器均已商品化。光源可采用LED和白熾燈等非相干光源，探測器一般和白熾燈等非相干光源，探測器一般 用光敏二極管、光敏三極管和光電池。用光敏二極管、光敏三極管和光電池。 三種典型強度調制示意圖三種典型強度調制示意圖 光光源源 入入射射光光纖纖 調調制制區區 出出射射光光纖纖 微微

33、彎彎調調制制器器 可可動動反反射射調調制制器器可可動動透透射射調調制制器器 入入射射 出出射射 入入射射 出出 射射 被測量被測量 利用光纖反射傳感器的光強調制利用光纖反射傳感器的光強調制 應用于應用于表面粗糙度及小位移測量表面粗糙度及小位移測量。 微彎損耗光強調制微彎損耗光強調制 當光纖當光纖受力微彎受力微彎時，時，一部分纖芯模式能量會轉化為包層模式能量一部分纖芯模式能量會轉化為包層模式能量，通，通 過測量包層模式能量或纖芯模式能量的變化就能測出被測量。過測量包層模式能量或纖芯模式能量的變化就能測出被測量。 利用折射率的變化進行光強調制利用折射率的變化進行光強調制 當某些物理量當某些物理量(

34、 (如溫度或壓力等如溫度或壓力等) )作用于光纖時，引起光纖的纖芯和包作用于光纖時，引起光纖的纖芯和包 層的層的折射率發生變化折射率發生變化，若包層的折射率變得大于或等于纖芯的折射率，則，若包層的折射率變得大于或等于纖芯的折射率，則 光在纖芯和包層界面上的光在纖芯和包層界面上的全反射遭到破壞全反射遭到破壞，輸出光強的變化即實現強度調，輸出光強的變化即實現強度調 制。制。 利用小的線位移和角位移進行光強調制利用小的線位移和角位移進行光強調制 采用端面為平面的采用端面為平面的兩根光纖兩根光纖，一根為入射光纖，一根為出射光纖，光纖，一根為入射光纖，一根為出射光纖，光纖 間距間距約約23 mm。出射光

35、纖相對于入射光纖橫向或縱向微小移動或微小轉動出射光纖相對于入射光纖橫向或縱向微小移動或微小轉動 時時，出射光強隨之發生變化。，出射光強隨之發生變化。 SSD D S S D D D D 利用光纖的吸收特性進行光強調制利用光纖的吸收特性進行光強調制 X射線、射線、g射線等射線等輻射輻射會使光纖材料的會使光纖材料的吸收損耗增加吸收損耗增加，光纖的，光纖的輸出功率輸出功率 降低降低，從而形成強度調制。，從而形成強度調制。 不同材料對不同的射線敏感，因此不同材料對不同的射線敏感，因此改變光纖材料的成分可對不同的射改變光纖材料的成分可對不同的射 線進行測量線進行測量。 光源光源 光纖光纖 輻射計輻射計

36、射線射線 探測器探測器 光纖微彎傳感器光纖微彎傳感器 位移或壓力位移或壓力變形器變形器光纖微彎曲光纖微彎曲光強變化光強變化 用于大型結構健康監測：用于大型結構健康監測： 構成構成陣列陣列系統，對大型建筑工程如橋梁、水壩、坑道等的結構變系統，對大型建筑工程如橋梁、水壩、坑道等的結構變 形進行長時間檢測。形進行長時間檢測。 埋入結構的光纖直徑小于埋入結構的光纖直徑小于140微米微米時，不會降低材料的時，不會降低材料的抗拉強度抗拉強度 和疲勞壽命和疲勞壽命。 二、相位調制原理二、相位調制原理 l f Ln12 = 式中式中 為光波波長；為光波波長； 為纖芯折射率；為纖芯折射率； 為光纖長度。為光纖長

37、度。 )( 2 11 LnLn= l f l 1 n L 相位測量相位測量 不能直接測量：光的頻率很高，不能直接測量：光的頻率很高，101014 14Hz Hz。 間接測量：光學干涉測量技術。間接測量：光學干涉測量技術。 相位調制是光纖傳感器中最基本的調制技術，以靈敏度相位調制是光纖傳感器中最基本的調制技術，以靈敏度 高著稱。高著稱。 公式表明，公式表明，纖芯折射率纖芯折射率n變化和光纖長度變化和光纖長度L變化導致的光變化導致的光 相位變化。相位變化。 被測量改變光波的相位。被測量改變光波的相位。 縱向縱向( (軸向軸向) )的機械應力對光波相位影響的機械應力對光波相位影響 當光纖受到當光纖受

38、到縱向縱向( (軸向軸向) )的機械應力的機械應力作用時，由于應力應作用時，由于應力應 變效應，變效應，光纖的長度光纖的長度( (應變效應應變效應) )、光纖的直徑、光纖的直徑( (泊松效應泊松效應) )、 纖芯折射率纖芯折射率( (光彈性效應光彈性效應) )都將變化都將變化，這些變化將導致光纖中，這些變化將導致光纖中 光波相位的變化光波相位的變化。 溫度對光波相位影響溫度對光波相位影響 將光纖放在變化的溫度場中，由于將光纖放在變化的溫度場中，由于溫度應變效應溫度應變效應，引起，引起 光纖的光纖的折射率和幾何長度的變化折射率和幾何長度的變化，引起相位變化。，引起相位變化。 光波相位的光波相位的

39、干涉測量干涉測量 光探測器對光的相位變化都不敏感光探測器對光的相位變化都不敏感，須采用，須采用干涉技術干涉技術將將相相 位變化轉化為強度變化位變化轉化為強度變化，才能夠實現對物理量的測量。，才能夠實現對物理量的測量。 相位變化將引起相位變化將引起干涉條紋的運動干涉條紋的運動，記錄干涉條紋移動的數，記錄干涉條紋移動的數 目，就可測得相位的變化，從而測得導致相位變化的物理量，目，就可測得相位的變化，從而測得導致相位變化的物理量， 這就是干涉測量的原理。這就是干涉測量的原理。 邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀 馬赫馬赫曾特爾干涉儀曾特爾干涉儀 薩格奈克干涉儀薩格奈克干涉儀 法布里法布里珀羅干涉儀珀羅干涉

40、儀 v 光經光經分束器分束器分為二束，分為二束，一束一束 相位受被測試信息調制，相位受被測試信息調制，一束一束作作 為參考光；為參考光； v 二束光二束光疊加形成干涉花紋；疊加形成干涉花紋； v 檢測檢測干涉條紋的變化，干涉條紋的變化，確定確定 兩束光相位的變化，兩束光相位的變化，解算解算出使相出使相 位變化的待測物理量。位變化的待測物理量。 相位調制原理示意圖相位調制原理示意圖 探探測測器器 激激光光器器 信信號號臂臂 參參考考臂臂 三、頻率調制原理三、頻率調制原理 單色光照射運動物體，反射回來，由于單色光照射運動物體，反射回來，由于多普勒效應多普勒效應發生頻移。發生頻移。 式中式中f f為

41、單色光頻率；為單色光頻率；c c為光速；為光速；v v為運動物體的速度。為運動物體的速度。 此頻率的光此頻率的光與與參考光參考光共同作用于共同作用于光探測器光探測器上，產生上，產生差拍差拍，用，用頻譜頻譜 分析器求出頻率變化分析器求出頻率變化，推算出被測速度。，推算出被測速度。 被測量改變光纖中光波的頻率。光纖只作為傳光元件，頻率調制多是被測量改變光纖中光波的頻率。光纖只作為傳光元件，頻率調制多是 利用光學多普勒效應來實現的。利用光學多普勒效應來實現的。 )/1 ( /1 0 0 cvf cv f f = 移后 例：例： 設激光頻率為設激光頻率為f0，流體流速為，流體流速為u u。根據多普勒效

42、應，光纖接收到的散射根據多普勒效應，光纖接收到的散射 光頻率為光頻率為f0 f或或f0 f( (視流向而定視流向而定) )，由檢偏器檢出散射光與光纖端面反，由檢偏器檢出散射光與光纖端面反 射光射光( (參考光參考光) )中振動方向相同的光，探測器檢測出二者的中振動方向相同的光，探測器檢測出二者的差頻差頻 f，可知，可知流流 體的流速體的流速。 四、偏振調制四、偏振調制 被測量改變光的被測量改變光的偏振特性偏振特性，使光的，使光的某一方向振動某一方向振動比其他方比其他方 向占優勢，向占優勢，通過檢測光的偏振態變化通過檢測光的偏振態變化(即偏振面的旋轉即偏振面的旋轉)來測量來測量 被測量被測量。

43、偏振調制主要基于偏振調制主要基于人為旋光現象和人為雙折射人為旋光現象和人為雙折射現象，如法現象，如法 拉第磁光效應、克爾電光效應和光彈效應等。拉第磁光效應、克爾電光效應和光彈效應等。 書書P168，圖，圖7-9，7-10 五、時分調制五、時分調制 利用外界因素調制返回信號的利用外界因素調制返回信號的基帶頻譜基帶頻譜，檢測檢測基基 帶的帶的延遲時間、幅度大小延遲時間、幅度大小的變化，測量各種物理量的的變化，測量各種物理量的 大小和空間分布。大小和空間分布。 光纖輻射劑量儀光纖輻射劑量儀 光光電電二二極極 管管探探 光光源源 X X 射射 線線 輻輻 射射 光光 強強 指指 標標 p p n n

44、放放大大器器 光光纖纖 結構圖結構圖 光纖傳感器實例光纖傳感器實例 光纖射線傳感器結構光纖射線傳感器結構 用用x x、射線輻照光纖，使光纖損耗增加，輸出功率射線輻照光纖，使光纖損耗增加，輸出功率P P0 0減少，減少， 光強下降。光強下降。 X X、射線的輻射劑量不同，輸出射線的輻射劑量不同，輸出P P0 0下降輻度不同。下降輻度不同。 光纖電流傳感器光纖電流傳感器 v 鎳護套光纖鎳護套光纖固定于通電固定于通電螺線管中心螺線管中心； v 螺線管螺線管電流不同電流不同使螺線管中的使螺線管中的磁場不同磁場不同； v 鎳護套發生磁致伸縮，使鎳護套發生磁致伸縮，使光纖在徑向、軸向受到應力光纖在徑向、軸

45、向受到應力； v 光纖芯折射率和長度都發生變化，引起光纖芯折射率和長度都發生變化，引起相位差異相位差異。 探探測測器器激激光光 電電流流源源 光光纖纖鎳鎳護護套套 參參考考光光纖纖 I II I 螺螺線線管管 l f Ln12 = 光纖煙氣傳感器光纖煙氣傳感器 l eII = 0 平行單色光入射到平行單色光入射到被測煙氣被測煙氣的顆粒場的顆粒場( (含有微粒和分子含有微粒和分子) )，受到顆，受到顆 粒團的散射和吸收，粒團的散射和吸收，光強衰減。光強衰減。 式中式中為消光系數，為消光系數，l l為光程為光程。 電源電源 He-NeHe-Ne 激光器激光器 耦合器耦合器 分路器分路器 光纖光纖

46、探測器探測器 濃度場濃度場 透鏡組透鏡組 記錄儀記錄儀 光纖溫度傳感器 光纖溫度傳感器是工業中應用最多的光纖傳感器之一。光纖溫度傳感器是工業中應用最多的光纖傳感器之一。 1. .半導體吸收式溫度傳感器半導體吸收式溫度傳感器 半導體材料的半導體材料的光吸收和溫度有關系曲線光吸收和溫度有關系曲線，半導體材料的吸，半導體材料的吸 收邊波長收邊波長l lg( (T) )隨溫度增加而向較長波長方向位移。隨溫度增加而向較長波長方向位移。 適當選擇發光二極管，使其光譜范圍正好落在吸收區域，適當選擇發光二極管，使其光譜范圍正好落在吸收區域， 即可做成即可做成透射式光纖溫度傳感器透射式光纖溫度傳感器。透過半導體

47、的光強隨溫度。透過半導體的光強隨溫度 升高而減少。升高而減少。 光纖位移傳感器光纖位移傳感器 1. .反射強度調制型位移傳感器反射強度調制型位移傳感器 通過改變通過改變反射面與光纖端面之間的距離反射面與光纖端面之間的距離來調制反射光的強度。來調制反射光的強度。Y形光形光 纖束纖束由幾百根至幾千根直徑為幾十由幾百根至幾千根直徑為幾十m mm的階躍型多模光纖集束而成。它被的階躍型多模光纖集束而成。它被 分成纖維數目大致相等，長度相同的兩束。分成纖維數目大致相等，長度相同的兩束。 用來用來測量小位移測量小位移，能檢測，能檢測零點幾零點幾m mm的位移量。用于鍍層不平度、零件的位移量。用于鍍層不平度、

48、零件 橢圓度、錐度、偏斜度等測量，也用來測量微弱振動，而且是非接觸測量橢圓度、錐度、偏斜度等測量，也用來測量微弱振動，而且是非接觸測量 。 （書P175，圖7-21） 光纖流量、流速傳感器光纖流量、流速傳感器 1. .光纖渦流流量計光纖渦流流量計 采用一根采用一根橫貫液流管橫貫液流管的大數值孔徑的多模的大數值孔徑的多模 光纖作為傳感元件。光纖受到光纖作為傳感元件。光纖受到液體渦流液體渦流的作用的作用 而振動，這種振動與液體的流速有關。而振動，這種振動與液體的流速有關。入射光 水管 重物 斑圖 d l h 這種流量計這種流量計結構簡單、安全可靠結構簡單、安全可靠，可用于，可用于 易燃、易爆及腐蝕

49、性易燃、易爆及腐蝕性的液體測量。的液體測量。 光纖直徑光纖直徑很細很細，對流體的，對流體的流阻小流阻小，對，對流場流場 幾乎沒有影響幾乎沒有影響。 對低速流體不敏感。對低速流體不敏感。 渦列的形成：渦列的形成： 根據流體力學原理，由于根據流體力學原理，由于光纖不是流線體光纖不是流線體，在一定條件下，在其下，在一定條件下，在其下 游會產生游會產生渦流渦流。這種渦流是在光纖下游兩側產生的有規律的漩渦，稱為。這種渦流是在光纖下游兩側產生的有規律的漩渦，稱為 卡門卡門“渦街渦街”，由于，由于漩渦列漩渦列之間的相互作用，渦列一般不穩定，但是實之間的相互作用，渦列一般不穩定，但是實 驗證明，當滿足驗證明，

50、當滿足h/ /l0.281時，渦列是穩定的。時，渦列是穩定的。 入射光 水管 重物 斑圖 d l h 光纖振動的形成：光纖振動的形成： 當每個漩渦產生并瀉下時，它會在當每個漩渦產生并瀉下時，它會在光纖上產生一種側向力光纖上產生一種側向力，這樣就有，這樣就有 一個一個周期力作用在光纖周期力作用在光纖上，上，使其振動使其振動。 野外的電線在風吹動下會嗡嗡作響，就是這種現象。野外的電線在風吹動下會嗡嗡作響，就是這種現象。 光纖振動的頻率：光纖振動的頻率： dsf/u= 式中式中，u u為流速；為流速；d為光纖直徑；為光纖直徑；s為斯特羅哈數為斯特羅哈數( (無量綱無量綱) ) 。 光纖振動的頻率的測

51、定：光纖振動的頻率的測定： 當光通過當光通過未受擾動的光纖未受擾動的光纖時，如果光纖直徑為時，如果光纖直徑為200 m mm 300 m mm，在距離光纖端面約，在距離光纖端面約1520 cm的地方可以的地方可以觀察到觀察到 清晰而穩定的斑圖清晰而穩定的斑圖，它的，它的分布是無規則的分布是無規則的。 當當光纖振動光纖振動時，這些時，這些斑圖就會不斷地振動斑圖就會不斷地振動，如用，如用光探測光探測 器接收斑圖器接收斑圖的一個小區域，即可通過的一個小區域，即可通過頻譜儀讀出光纖振動的頻譜儀讀出光纖振動的 頻率頻率。再算出。再算出流速流速，在管子尺寸一定的條件下，就可得出，在管子尺寸一定的條件下，就

52、可得出流流 量量。 光纖多普勒血流傳感器光纖多普勒血流傳感器 利用多普勒效應可構成光纖速度傳感器。由于光纖很細利用多普勒效應可構成光纖速度傳感器。由于光纖很細( ( 外徑約幾十外徑約幾十m mm) )，能裝在注射器針頭內，插入血管中。又由于，能裝在注射器針頭內，插入血管中。又由于 光纖速度傳感器沒有觸電的危險，所以用于測量心臟內的血流光纖速度傳感器沒有觸電的危險，所以用于測量心臟內的血流 十分安全。十分安全。 光纖多普勒血流傳感器：光纖多普勒血流傳感器： 測量光束通過測量光束通過光纖探針光纖探針進到被測血流中，經直徑約進到被測血流中，經直徑約7 m mm的的紅血球散射紅血球散射 ，一部分光按原

53、路返回，得到多普勒頻移信號，一部分光按原路返回，得到多普勒頻移信號f f，頻移，頻移 f為為 l qucos2n f = 式中，式中，u u為血流速度；為血流速度；n為血液的折射率；為血液的折射率；q q為光纖軸線與血管軸線的為光纖軸線與血管軸線的 夾角；夾角；l l為激光波長。為激光波長。 另一束進入驅動頻率為另一束進入驅動頻率為f140 MHz的布喇格盒的布喇格盒( (頻移器頻移器) )，得到頻率為，得到頻率為f f1的參考光信號。的參考光信號。 f1+f ff1 將參考光信號與多普勒頻移信號進行混頻，就得到要探測的信號。將參考光信號與多普勒頻移信號進行混頻，就得到要探測的信號。 這種方法

54、稱為光學外差法。這種方法稱為光學外差法。 ff 經光電二極管將混頻信號變換成光電流送入頻譜分析儀，得出對應于經光電二極管將混頻信號變換成光電流送入頻譜分析儀，得出對應于 血流速度的多普勒頻移譜血流速度的多普勒頻移譜( (速度譜速度譜) )，如右圖所示。，如右圖所示。 光纖磁傳感器光纖磁傳感器 1. .利用法拉第磁光效應的光纖傳感器利用法拉第磁光效應的光纖傳感器 利用法拉第磁光效應測量磁場的方法很多，如利用法拉第磁光效應測量磁場的方法很多，如強度強度調制方式，調制方式，偏振光偏振光 度度測量方式和測量方式和外差外差方式等，這里僅介紹偏振光度測量方式。方式等，這里僅介紹偏振光度測量方式。 按工作原

55、理分為兩種：按工作原理分為兩種： 根據根據法拉第磁光效應法拉第磁光效應直接實現磁光轉換；直接實現磁光轉換； 根據根據磁致伸縮效應磁致伸縮效應，利用力或其他物理量間接實現磁光轉換。，利用力或其他物理量間接實現磁光轉換。 偏振光經保偏光纖、自聚焦透鏡進入法拉第磁光盒，經多次反射后偏振光經保偏光纖、自聚焦透鏡進入法拉第磁光盒，經多次反射后 進入渥拉斯登棱鏡，把偏振光變成振動方向相互垂直的兩束光。進入渥拉斯登棱鏡，把偏振光變成振動方向相互垂直的兩束光。 光源 保偏光纖 法拉第盒 P H D1 D2- - + + 渥拉斯渥拉斯 登棱鏡登棱鏡 基于法拉第磁光效應的偏振光度測量：基于法拉第磁光效應的偏振光度

56、測量： 設無磁場時出射光的偏振軸與棱鏡的偏振軸夾角為設無磁場時出射光的偏振軸與棱鏡的偏振軸夾角為45 ，這樣，這樣D1和和D2 光電管接收的光強為光電管接收的光強為 )45(sin )45(cos 2 02 2 01 q q = = II II 式中，式中，q q為偏振面的旋轉角度；為偏振面的旋轉角度；I0為入射光強；為入射光強；I1、I2為兩偏振光的為兩偏振光的 強度。強度。 采用圖中的采用圖中的“加加”、“減減”和和“除除”法運算后，輸出法運算后，輸出 q2sin 21 21 = = II II P 通過測量通過測量P就能確定就能確定q q、確定、確定B。 2. .利用磁致伸縮效應的光纖傳

57、感器利用磁致伸縮效應的光纖傳感器 在磁場作用下，磁性物體的尺寸會發生改變，這種現象即為磁在磁場作用下，磁性物體的尺寸會發生改變，這種現象即為磁 致伸縮效應。致伸縮效應。 光纖磁致伸縮效應傳感器是在光纖磁致伸縮效應傳感器是在光纖上涂覆磁致伸縮性能光纖上涂覆磁致伸縮性能良好的良好的 材料薄膜材料薄膜，或者將，或者將光纖緊繞在磁致伸縮材料芯棒光纖緊繞在磁致伸縮材料芯棒上。在外磁場作用上。在外磁場作用 下，由于磁致伸縮效應，纖芯長度變化及纖芯折射率變化，都會導下，由于磁致伸縮效應，纖芯長度變化及纖芯折射率變化，都會導 致致光程的相應變化光程的相應變化。 磁場 光源 磁性膜 光纖 參考光纖 光檢測器 電

58、輸出 1. .醫用內窺鏡醫用內窺鏡 由于光纖柔軟、自由度大、傳輸圖像失真小，引入醫用內窺鏡后，可由于光纖柔軟、自由度大、傳輸圖像失真小，引入醫用內窺鏡后，可 以方便的檢查人體的許多部位。以方便的檢查人體的許多部位。 醫用光纖傳感器醫用光纖傳感器 醫用光纖傳感器體積小、電絕緣和抗電磁性能好，特別適于身體的醫用光纖傳感器體積小、電絕緣和抗電磁性能好，特別適于身體的 內部檢測。內部檢測。 2. .光纖體壓計光纖體壓計 可用來檢測人體各部位的體壓，如膀胱、直腸、顱內和心血管等，測可用來檢測人體各部位的體壓，如膀胱、直腸、顱內和心血管等，測 量范圍通常為量范圍通常為040 kPa。 圖所為一種醫用體壓計

59、探針的結構示意圖，在探針端部的開孔上安裝圖所為一種醫用體壓計探針的結構示意圖，在探針端部的開孔上安裝 有對壓力敏感的防水薄膜。膜片通過懸臂梁與反射鏡相連。有對壓力敏感的防水薄膜。膜片通過懸臂梁與反射鏡相連。 導管 光纖束 反射鏡 防水薄膜 懸臂梁 P p 防水薄膜防水薄膜 分布式光纖傳感器分布式光纖傳感器 同時測量空間多個點甚至連續分布的環境參數。同時測量空間多個點甚至連續分布的環境參數。 利用光纖本身特征的功能型光纖可構成性能優良的分布式光纖傳感器利用光纖本身特征的功能型光纖可構成性能優良的分布式光纖傳感器 ，特別適于需要同時監測在光纖通過的路途上大量位置處連續變化的物理，特別適于需要同時監

60、測在光纖通過的路途上大量位置處連續變化的物理 量，如建筑物、橋梁、水壩、儲油罐等大型結構中應力的檢測，石油鉆井量，如建筑物、橋梁、水壩、儲油罐等大型結構中應力的檢測，石油鉆井 平臺、飛機、航天器、電力變壓器、發電機組、反應堆等場合應力和溫度平臺、飛機、航天器、電力變壓器、發電機組、反應堆等場合應力和溫度 分布的實時監測等。分布的實時監測等。 分布式光纖傳感系統中的傳感元件僅為光纖；分布式光纖傳感系統中的傳感元件僅為光纖； 一次測量就可獲取整個光纖區域內被測量的一維分布圖，將光纖架一次測量就可獲取整個光纖區域內被測量的一維分布圖，將光纖架 設成光柵狀，就可測定被測量的二維和三維分布情況；設成光柵