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介紹一下松下光纖傳感器的測量原理是什么？

文章出處：公司動態責任編輯：東莞市均鈦自動化設備有限公司發表時間：2025-10-20

　　?松下光纖傳感器的測量原理基于光在光纖中傳播時與外界環境的相互作用，通過檢測光信號的參數變化（如強度、相位、波長、偏振態等）來反推被測物理量。其核心機制可分為功能型和非功能型兩類，具體原理如下：

一、功能型光纖傳感器（本征型）
光纖本身既是傳輸介質，又是敏感元件，通過外界物理量直接改變光纖的物理特性（如折射率、幾何形狀），進而調制光信號。
1. 強度調制型
原理：外界物理量（如壓力、位移）導致光纖彎曲或微彎，使部分光泄漏到包層中，引起傳輸光強衰減。
典型結構：
微彎傳感器：光纖夾在兩塊帶有周期性齒的板之間，壓力使光纖彎曲，光強隨彎曲程度變化。
宏彎傳感器：光纖繞成環狀，外界壓力改變環的曲率半徑，導致光強損失。
應用：壓力、位移、振動測量。
2. 相位調制型
原理：外界物理量（如溫度、應變）改變光纖的長度（L）或折射率（n），導致光程差（Δφ = (2π/λ)·Δ(nL)）變化，通過干涉技術檢測相位差。
典型結構：
馬赫-曾德爾干涉儀（MZI）：兩束光分別通過參考臂和傳感臂，外界物理量改變傳感臂光程，兩束光干涉后光強變化反映被測量。
法布里-珀羅干涉儀（FPI）：利用光纖端面反射形成的腔長變化檢測壓力或溫度。
應用：高精度應變、溫度測量（精度可達納米級）。
3. 波長調制型
原理：外界物理量改變光纖光柵的周期（Λ）或有效折射率（n_eff），導致反射或透射光譜中心波長偏移（Δλ = 2ΛΔn_eff + 2n_effΔΛ）。
典型結構：
光纖布拉格光柵（FBG）：周期性折射率調制結構，波長偏移與應變、溫度呈線性關系。
長周期光纖光柵（LPG）：周期較長，對包層模敏感，適用于濃度、折射率測量。
應用：溫度、應變、壓力、折射率測量（抗干擾能力強，適合復用傳感）。
4. 偏振調制型
原理：外界物理量（如應力、磁場）引起光纖雙折射或偏振態旋轉，通過檢測偏振光狀態變化（如斯托克斯參數）反推被測量。
典型結構：
保偏光纖傳感器：利用高雙折射光纖，外界應力改變雙折射軸方向，導致輸出偏振態變化。
磁光光纖傳感器：磁場引起法拉第旋轉，偏振面旋轉角度與磁場強度成正比。
應用：電流、磁場、應力測量。
二、非功能型光纖傳感器（傳光型）
光纖僅作為光傳輸介質，敏感元件獨立于光纖（如膜片、反射鏡），通過外界物理量改變敏感元件狀態，進而調制光信號。
1. 反射式強度調制
原理：外界物理量（如液位、位移）改變反射鏡位置，導致反射光強變化。
典型結構：
液位傳感器：光纖末端連接反射膜片，液位變化改變膜片位置，反射光強隨之變化。
位移傳感器：反射鏡與被測物體連接，位移通過反射光強檢測。
應用：液位、位移、壓力測量。
2. 透射式強度調制
原理：外界物理量（如濃度、氣體）改變敏感材料透光率，導致透射光強變化。
典型結構：
氣體傳感器：光纖末端涂覆熒光材料，氣體濃度改變熒光強度或壽命。
濃度傳感器：敏感膜片對特定物質吸收光，透射光強與濃度相關。
應用：氣體檢測、化學濃度測量。
三、分布式光纖傳感器
基于光散射效應（瑞利、拉曼、布里淵散射），通過光時域反射技術（OTDR）實現長距離連續監測。
1. 瑞利散射
原理：光纖不均勻性引起散射，散射光強與位置相關，用于定位故障點。
應用：光纖鏈路故障檢測。
2. 拉曼散射
原理：溫度變化引起斯托克斯光和反斯托克斯光強度比變化，用于分布式溫度測量。
應用：電纜溫度監測、火災報警。
3. 布里淵散射
原理：應變和溫度變化引起布里淵頻移（Δν_B ≈ C_ν·Δε + C_T·ΔT），通過頻移檢測分布應變和溫度。
應用：橋梁、大壩結構健康監測。

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