光纤传感器可以对电磁、机械、温度、化学成分以及核辐射等多种物理量进行精密测量，与传统传感器相比具有很多优点，如灵敏度高、响应速度快、抗电磁干扰、耐腐蚀、电气绝缘、可挠曲、便于遥测等。20世纪70年代初研制出第一根实用光纤后，80年代以来已发展了60多种不同的光纤传感器，目前，已研发出测量位移、速度、加速度、压力、温度、流量、电场、磁场等各种物理量的数百种光纤传感器。一些研究单位和高等院校也正在深入研究与开发光纤传感技术。10.1光纤及其传光原理10.1.1光纤的结构光纤是光导纤维的简称，是一种多层介质的对称圆柱体。中心圆柱体称为纤芯，由某种玻璃或塑料制成。纤芯外围的圆筒形外壳称为包层，通常也是由玻璃或塑料制成。包层外面有一层塑料保护外套。光纤的导光能力取决于纤芯和包层的性质，光纤的机械强度由塑料保护外套来保证。10.1.2光纤的传光原理当光线由光密媒质（折射率n1)射入光疏媒质（折射率n2，n1>n2）时，若入射角大于等于临界角Φ，（sinΦ=n2/n1),在媒质界面上，会发生全反射现象。如下图所示。以阶跃型多模光纤为例，光线从空气（折射率为n0)射入光纤端面，并与其轴线的夹角为θ0，如下图所示。若入射角小于某一值θc，光线在纤芯和包层的界面上将发生全反射，光线射不出纤芯，光就在光纤内经若干次全反射而向前传播，并以光速从光纤的一端传播到另一端，这就是光纤传光的基本原理。如上图所示，由Snell定律得则n0sinθ0=n1sinθ1=n1cosΦ1若使入射光线在纤芯和包层的界面上发生全发射，由临界角定义，应满足sinΦ1≥n2/n1即cosΦ1≤[1-(n2/n1)2]1/2从而得sinθ0≤(n12-n22)1/2/n0那么，可得能使光线在光纤内全反射的最大入射角θc,即：sinθc≤(n12-n22)1/2/n0=NA式中，NA为光纤的数值孔径，它表示当入射光从折射率为n0的外部介质射入光纤时，只有入射角小于θc的光才能在光纤中传播。10.2光纤传感器的组成及分类10.2.1光纤传感器的基本组成光纤传感器主要包括光导纤维、光源、光探测器三个重要部件。光纤传感器使用的光源可以按光的相干性分为相干光源和非相干光源。非相干光源包括白炽光、发光二极管；相干光源包括各种激光器，比如氦氖激光器。在实际应用中，一般要求光源的尺寸要小，发光面积要大，波长要合适，光源还要足够亮。另外要求光源的稳定性好、噪声小、寿命长、安装方便等。常见的光探测器包括光敏二极管、光敏三极管、光电倍增管、、光电池等。光探测器在光纤传感器中有着十分重要的地位，它的灵敏度、带宽等参数将直接影响传感器的总体性能。10.2.2光纤传感器的分类光纤传感器一般分为功能型和非功能型两大类。1.功能型光纤传感器功能型光纤传感器又称为传感型光纤传感器。主要使用单模光纤，光纤在这类传感器中不仅是传光元件，而且利用光纤本身的某些特性来感知外界因素的变化，所以光纤又是敏感元件。在功能型光纤传感器中由于光纤本身是敏感元件，因此改变几何尺寸和材料性质可以改变灵敏度。功能型光纤传感器中光纤是连续的，结构比较简单，但为了能够灵敏地感受外界因素的变化，往往需要用特种光纤做探头，使得制造比较困难。2.非功能性光纤传感器非功能型光纤传感器又称传光型光纤传感器。它是利用在光纤端面或两根光纤中间放置敏感元件，来感受被测量的变化，光纤仅起传光作用。这类光纤传感器可以充分利用现有的敏感元件来提高灵敏度。为了获得较大的受光量和传输光的功率，这类传感器使用的光纤主要是数值孔径和芯径较大的阶跃型多模光纤。在非功能型光纤传感器中，也有不需要外加敏感元件的情况。比如，光纤把测量对象辐射或是测量对象反射、散射的光信号传播到光电元件。这种光纤传感器也称为探针型光纤传感器，使用单模光纤或多模光纤。典型的例子有光纤激光多普勒速度传感器和光纤辐射温度传感器等。10.3光调制方式光纤传感器的工作原理是通过被测量对光纤内传输光进行调制，使传输光的振幅、相位、频率或偏振态等特性发生变化，再对被调制的光信号进行检测，从而得出相应的被测量。所谓调制可以归结为将一个携带信息的信号叠加到载波上的过程，这个过程称为光波的调制，简称为光调制。光调制技术是光纤传感器的基础和关键技术，按调制方式可以分为，强度调制、相位调制、偏振调制、频率调制和波长调制等。而且，同一种光调制方式可以实现多种物理量的检测，同一物理量也可利用多种光调制方式来实现测量。因此，掌握光调制技术并加以灵活运用，对新型传感器的开发具有重要意义。1.强度调制利用被测量直接或间接地改变光纤中传输光的强度，再通过测量光强的变化检测出被测量，这种测量方法称为强度调制。常用的强度调制方法有以下几种。（1）微弯损耗光强调制