光纖傳感器通過調制光信號實現(xiàn)物理量測量，憑借抗干擾、高靈敏特性，在工業(yè)監(jiān)測領域持續(xù)替代傳統(tǒng)傳感器。本文解析其核心原理、系統(tǒng)構成及典型應用場景。

一、光纖傳感的核心工作原理

光纖傳感器本質是將待測物理量轉化為光波參數(shù)變化。當外界因素（如溫度、壓力）作用于光纖時，會改變傳輸光波的強度、相位、波長或偏振態(tài)。
信號轉換的三種機制：
– 強度調制型：物理量直接改變透射/反射光強
– 波長調制型：通過布拉格光柵（FBG） 改變反射波長
– 相位調制型：利用馬赫-曾德爾干涉儀檢測光程差變化

關鍵優(yōu)勢：電絕緣性使其在易燃易爆、強電磁干擾場景具有不可替代性（來源：IEEE Sensors Journal, 2022）。

二、系統(tǒng)構成與關鍵技術

2.1 核心組件功能解析

 

組件	作用
光源模塊	發(fā)射穩(wěn)定激光/寬譜光
傳感光纖	傳導光信號并響應環(huán)境變化
解調系統(tǒng)	識別光參數(shù)變化并轉換為電信號

 

信號處理中的創(chuàng)新點：

• 分布式傳感技術實現(xiàn)單根光纖千米級連續(xù)監(jiān)測

• 多路復用技術顯著降低單點成本

• 基于人工智能的噪聲濾波算法提升信噪比

三、工業(yè)場景實戰(zhàn)案例

3.1 基礎設施安全監(jiān)測

橋梁鋼纜的應變分布通過預埋FBG傳感器實時回傳，精度可達±1με（微應變）。某跨海大橋項目部署2,800個測點，實現(xiàn)結構健康全生命周期管理。

3.2 能源領域特殊應用

• 油氣儲罐液位監(jiān)測：利用全光纖設計杜絕電火花風險

• 風力發(fā)電機葉片：植入光纖網(wǎng)絡檢測復合材料內(nèi)部應力

• 高壓變壓器：分布式溫度傳感精度達±0.5℃

行業(yè)趨勢：2023年工業(yè)光纖傳感器市場規(guī)模突破$2.3B（來源：MarketsandMarkets），年復合增長率11.2%。

四、技術挑戰(zhàn)與發(fā)展方向

當前面臨成本控制與復雜環(huán)境適應性雙重挑戰(zhàn)。新興解決方案包括：

• 聚合物光纖（POF） 降低材料成本

• 光子晶體光纖增強溫度穩(wěn)定性

• 片上集成解調模塊推動設備小型化