光纖傳感器測量物理參數(shù)

光纖傳感為電路和電子電路無法工作的地方提供了測量解決方案。光纖傳感器的工作完全基于光子，也就是通常所說的光。從物理學(xué)的角度看，光子沒有質(zhì)量，光子不干涉電子，光子只在特定條件下干涉其他光子。因此，即使在高電磁場、高磁場、高輻射場和極端溫度的環(huán)境中，光子的行為也是可以預(yù)測和控制的。

隨著光纖的出現(xiàn)，科學(xué)界已經(jīng)學(xué)會在很小的一片玻璃中以最小的損耗或干擾引導(dǎo)光進行長距離的傳輸。如果沒有光纖，我們所知道的互聯(lián)網(wǎng)就不會存在。令人難以置信的大量信息通過光纖網(wǎng)絡(luò)在全世界傳播。

很明顯，光子可以只用光來感知物理量。許多來自通信行業(yè)的光纖創(chuàng)新可以直接應(yīng)用于光纖傳感。一些最早的光纖傳感器是在20世紀(jì)70年代被描述和演示的光纖旋轉(zhuǎn)傳感器(陀螺儀)。光纖陀螺是一種成熟的產(chǎn)品，具有極高的精度和可靠性，主要用于高端導(dǎo)航系統(tǒng)以及地球物理鉆井設(shè)備制導(dǎo)系統(tǒng)。基于光學(xué)干擾的光纖聲學(xué)傳感器非常敏感，它們可以捕捉到壓力波的微小變化，并探測來自令人難以置信的距離的聲音——復(fù)雜的聲納應(yīng)用是它們的主要應(yīng)用。溫度、應(yīng)變、位置、速度、角度、振動和聲音傳感器都已實現(xiàn)并投入商業(yè)使用。當(dāng)然，大多數(shù)其他物理量都可以用光來感知和測量。然而，并不是所有的可能性都被探索或開發(fā)了。

根據(jù)定義，光纖傳感器完全由光控制，不包括任何電子元件。通常，光纖傳感器是使用一定數(shù)量的光來“審問”的，并且傳感器會根據(jù)被測量的物理量來改變審問光信號的特性。詢問器將接收到的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字形式的電子量，并作為附加控制設(shè)備的接口。

雖然光纖通信廣泛應(yīng)用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，但與這些網(wǎng)絡(luò)相連的傳感器通常是測量溫度、壓力、流量、位置、速度等的傳統(tǒng)電子傳感器。盡管今天的電子產(chǎn)品功能強大、功能多樣、錯綜復(fù)雜，但還是有局限的。溫度范圍被限制在大約-65°C到+125°C之間，電子傳感器在高電磁、磁場或輻射(x射線)下無法可靠工作。電子傳感器易受雷擊或高壓輸電線路等高壓場的影響。長電鏈易受干擾和接地回路的影響，從而影響敏感的傳感器信號。光纖線路不存在上述問題。

光纖傳感器不僅比電子傳感器更有優(yōu)勢，而且使新技術(shù)得以出現(xiàn)。傳感器可以和病人一起部署在MRI鉆孔內(nèi)。該傳感器不僅不受極端磁場的影響，而且在成像過程中是透明的，不可見的。這導(dǎo)致了新的發(fā)展，機器人集成在核磁共振孔。其他實現(xiàn)包括用于MRI軟件算法開發(fā)的幻像器官。例如，一個人造心臟使用氣動動力來移動心臟肌肉，而光纖傳感器監(jiān)控人造肌肉的正確運動。

顯然，光纖傳感器并不意味著要取代電子傳感器。相反，它們增強了自動化和測量系統(tǒng)，允許解決方案，如果沒有光纖能力，就不可能實現(xiàn)，或者實現(xiàn)起來很麻煩，光纖傳感器是新技術(shù)的推動者。