功能型光纤传感
• 这类传感器利用光纤 • 本身对外界被测对象 • 具有敏感能力和检测 • 功能，光纤不仅起到 • 传光作用，而且在被 • 测对象作用下，如光强、相位、偏振态等 • 光学特性得到调制，调制后的信号携带了被测
信息。
全光纤型传感器
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，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。
光路可弯曲，对被测信号远距离监控：
• 泄漏小， 信息的保密性能好
•
光纤传输光泄漏非常微弱，弯曲地段无法窃听没有专用的特殊工具，光纤不
能分接，信息在光纤中传输非常安全。？？？
（1）从光纤中折射出来的光线被设备中的光学检测设备拾取（2）然后发送给 光电转换设备（3）光电转换装置将光信号转换为电信号，然后通过以太网线 将数据传送到黑客的笔记本电脑上。黑客在笔记本电脑上运行某种sniffer软件 ，可以观察到目标光纤网络中传递的各种数据。
光纤的结构
• 光纤呈圆柱形，它由纤芯和包层 两个同心圆柱的双层结构组成。
纤
芯
2 2r
电子噪音，EMI通常由电磁辐射发生源如 Electromagnetic Interference （EMI）马达和机器产生。
包 传导干扰 括 辐射干扰
在高速PCB及系统设计中，高频信号线、 集成电路的引脚、各类接插件等都可能成 为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电 磁波并影响其他系统或本系统内其他子系 统的正常工作。
光纤技术发展
• 1960年，梅曼发明第一台“红宝石激光器”。激光频谱窄； 方向性好；相干性。（理想的光载波）
• 1966年，高锟和霍克哈姆指出利用光纤进行信息传输的可能 性和技术途径。（理论基础）
• 1970年，康宁公司研制光纤损耗20dB/km（光纤商用） • 1970年—1979年，光纤损耗0.2dB/km以下 • 1970年，光源取得实质性进展。研制成功室温下连续振荡的
光纤传感优势
• 电绝缘性能好。 • 抗电磁干扰能力强。 • 光路可弯曲，对被测信号远距离监控。 • 非侵入性。 • 高灵敏度。
光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、 应变、压力、流量、振动、温度、电流、电压、 磁场等物理量
电绝缘性能好（不可能产生静电火花）
抗电磁干扰能力强： EMI是干扰电缆信号并降低信号完好性的
人为的干扰源
天电噪声 宇宙射线
பைடு நூலகம்
频率
波长
名称
从干扰信号的频率范围来分，可以把干扰 源分为
工频干扰源（50Hz及其谐波）
100 THz 1 0 THz 1 THz 100 GHz 1 0 GHz 1 GHz 1 00 M Hz 10 MHz 1 M Hz
1 m 10 m 100 m 1 mm 1 0 mm 1 00 mm 1m 10 m 100 m
紫外线 可见光线 (光 纤 通 信 用 ）
近红外线 远红外线 亚毫米波
毫 米 波(EHF )
厘 米 波(SHF)
分 米 波(UHF)
米 波 (VHF)
短 波 (HF) 中 波(MF)
低频干扰源（30Hz以下）
射频及视频干扰源（300kHz以上） 微波干扰源（300MHz~100GHz）
虽然光和电都属于电磁波，但频率范 围相差很大。一般微波干扰频率在吉 赫10GHz ，光纤工作频率在 200THz
光纤传感技术
• 光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的 一种基于光导纤维的新型传感器。它是光纤 和光通信技术迅速发展的产物，它与以电为 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。因此，它同时具有光纤及光学 测量的特点。
光纤传感分类
光纤传感器一般可分为两大类：一类是功 能型传感器，又称FF型光纤传感器；另一 类是非功能型传感器，又称NF型光纤传感 器。
镓铝砷双异质结半导体激光器(短波长)
光纤技术
光纤通信
1976年，美国在亚特兰大 进行第一个光纤通信现场 实验，速率44.7Mb/s 1980年，美国铺设东西干 线和南北干线，22个州 1983年，日本南北光缆干 线，全长3400km 1989年，第一条横跨太平 洋光缆建成，全长
13200km 90年代， 我国光缆干线 “八横八纵”，全长8万 公里
光纤传感
1970-1980，主要以强度调 制型光纤传感器的研究为主。 1980-1990，开始大规模研 究干涉型光纤传感技术。 1990-2000，光纤光栅 （FBG）传感技术进入一个 研究热潮。 2000-至今，光纤传感技术 进入商业化进程。
光纤传感的形成
• 实际光纤通信过程中发现, 光纤受到外界环境因素的 影响。如压力、温度、电 场、磁场等环境条件变化 时，将引起光纤传输的光 波量，如光强、相位、频 率、偏振态等变化。因此， 测量出光波量变化的大小， 就可以知道导致这些光波 量变化的压力、温度、电 场、磁场等物理量的大 小．于是就出现了光纤传 感器技术。
光发送器
光纤敏感元件
信号处理
光接收器
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。其典型例子如光纤探 针、光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温 度传感器光纤光栅传感器等。
光发送器
信号 处理
光接 收器
耦合器 光纤 被测对象
非功能型光纤传感
• 传光型光纤传感器的 • 光纤只当作传播光的 • 媒介，待测对象的调 • 制功能是由其它光电 • 转换元件实现的，光 • 纤的状态是不连续的， • 光纤只起传光作用。
光纤技术历史
• “有关光在纤维中的传输以用 于光学 通信方面”取得了 突破性成就2009年 诺贝尔物 理学奖授予英国华裔科学家 高锟
• 高锟-光纤之父
• 1966年，高锟发表了一篇 题为《光频率介质纤维表面 波导》的论文，开创性地提 出光导纤维在通信上应用的 基本原理，描述了长路程及 高信息量光通信所需绝缘性 纤维的结构和材料特性。简 单地说，只要解决好玻璃纯 度和成分等问题，就能够利 用玻璃制作光学纤维，从而 高效传输信息。