本文深入解析光纖傳感器的光學感知原理、核心轉換技術及典型工作流程，闡明其如何在嚴苛環境中實現精準非電測量。
一、 光信號如何傳遞信息
光纖傳感器的核心在于利用光波作為信息載體。光導纖維作為傳輸介質，其結構設計保證了光信號的定向傳播。
光在纖芯中的”旅程”
- 全反射原理：光在纖芯與包層界面發生連續全反射，束縛在纖芯內傳輸。
- 低損耗傳輸：高質量石英光纖在特定波段損耗可低于0.2 dB/km (來源：國際電信聯盟, 2020)。
- 信號保真：避免了電磁干擾對信號質量的影響。
二、 感知外界變化的核心技術
光纖傳感器通過感知光波參數的變化來探測外部物理量。
關鍵調制機制
- 強度調制型：外力、位移等直接改變光纖微彎狀態或耦合效率，導致透射光強變化。
- 波長調制型：利用光纖光柵（FBG）等元件，應變、溫度改變導致其反射或透射的特征波長漂移。
- 相位調制型：基于干涉儀結構（如馬赫-曾德爾），外界擾動引起光程差變化，導致干涉條紋移動。
不可或缺的”翻譯官”：光電轉換
- 光信號到電信號：光電探測器（如PIN光電二極管）將攜帶信息的光信號轉換為可處理的電信號。
- 信號調理電路：對微弱電信號進行放大、濾波和數字化處理。
三、 為何在工業領域備受青睞
獨特的工作原理賦予了光纖傳感器顯著的應用優勢。
不可替代的關鍵特性
- 本質安全：傳感端無需供電，無電火花風險，適用于易燃易爆環境。
- 強抗干擾：對電磁干擾免疫，在電力、軌道交通等復雜電磁場中穩定工作。
- 耐腐蝕耐高溫：石英材料化學穩定性高，部分類型可在數百度高溫下工作。
- 長距離分布式傳感：單根光纖可實現數十公里范圍的連續監測。
光纖傳感器通過精妙的光學設計和信號處理技術，實現了物理量的高精度、非接觸式測量。理解其核心技術和工作原理，是有效選型和應用的基礎。其在安全監測、過程控制等領域的價值將持續凸顯。
