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光纖傳感器由光源、入射光纖、出射光纖、光調(diào)制器、光探測(cè)器以及解調(diào)制器組成。其基本原理是將光源的光經(jīng)入射光纖送人調(diào)制區(qū)，光在調(diào)制區(qū)內(nèi)與外界被測(cè)參數(shù)相互作用，使光的光學(xué)性質(zhì)(如強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏正態(tài)等)發(fā)生變化而成為被調(diào)制的信號(hào)光，再經(jīng)出射光纖送入光探測(cè)器、解調(diào)器而獲得被測(cè)參數(shù)。

光纖傳感器按傳感原理可分為兩類：一類是傳光型(非功能型)傳感器，另一類是傳感型(功能型)傳感器。在傳光型光纖傳感器中，光纖僅作為光的傳輸媒質(zhì)，對(duì)被測(cè)信號(hào)的感覺是靠其它敏感元件來完成的，這種傳感器中出射光纖和入射光纖是不連續(xù)的，兩者之間的調(diào)制器是光譜變化的敏感元件或其它性質(zhì)的敏感元件。在傳感型光纖傳感器中光纖兼有對(duì)被測(cè)信號(hào)的敏感及光信號(hào)的傳輸作用，將信號(hào)的“感”和“傳” 合而為一，因此這類傳感器中光纖是連續(xù)的。

由于這兩種傳感器中光纖所起的作用不同，對(duì)光纖的要求也不同。在傳光型傳感器中光纖只起傳光的作用，采用通信光纖甚至普通的多模光纖就能滿足要求，而敏感元件可以很靈活地選用優(yōu)質(zhì)的材料來實(shí)現(xiàn)，因此這類傳感器的靈敏度可以做得很高，但需要較多的光耦合器件，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；傳感型光纖傳感器的結(jié)構(gòu)相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，可少用一些耦合器件，但對(duì)光纖的要求較高，往往需采用對(duì)被測(cè)信號(hào)敏感、傳輸特性又好的特殊光纖。到目前為止，實(shí)際中大多數(shù)采用前者，但隨著光纖制造工藝的改進(jìn)，傳感型光纖傳感器也必將得到廣泛的應(yīng)用。

按光在光纖中被調(diào)制的原理不同，光纖傳感器可分為：強(qiáng)度調(diào)制型、相位調(diào)制型、偏振態(tài)調(diào)制型、頻率調(diào)制型、波長(zhǎng)調(diào)制型等。迄令為止，光纖傳感器能夠測(cè)定的物理量已達(dá)七十多種。

與傳統(tǒng)的傳感器相比，光纖傳感器具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

(1) 靈敏度高

由于光是一種波長(zhǎng)極短的電磁波，通過光的相位便得到其光學(xué)長(zhǎng)度。以光纖干涉儀為例，由于所使用的光纖直徑很小，受到微小的機(jī)械外力的作用或溫度變化時(shí)其光學(xué)長(zhǎng)度要發(fā)生變化，從而引起較大的相位變化。假設(shè)用1 0米的光纖，l℃的變化引起1000ard的相位變化，若能夠檢測(cè)出的最小相位變化為0.01ard，那么所能測(cè)出的最小溫度變化為l 0℃ ，可見其靈敏度之高。

(2) 抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本質(zhì)安全

由于光纖傳感器是利用光波傳輸信息，而光纖又是電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒質(zhì)，并且安全可靠，這使它可以方便有效地用于各種大型機(jī)電、石油化工、礦井等強(qiáng)電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。

(3) 測(cè)量速度快

光的傳播速度最快且能傳送二維信息，因此可用于高速測(cè)量。對(duì)雷達(dá)等信號(hào)

的分析要求具有極高的檢測(cè)速率，應(yīng)用電子學(xué)的方法難以實(shí)現(xiàn)，利用光的衍射現(xiàn)象的高速頻譜分析便可解決。

(4) 信息容量大

被測(cè)信號(hào)以光波為載體，而光的頻率極高，所容納的頻帶很寬，同一根光纖可以傳輸多路信號(hào)。

(5)適用于惡劣環(huán)境

光纖是一種電介質(zhì)，耐高壓、耐腐蝕、抗電磁干擾，可用于其它傳感器所不適應(yīng)的惡劣環(huán)境中。

此外，光纖傳感器還具有質(zhì)量輕、體積小、可繞曲、測(cè)量對(duì)象廣泛、復(fù)用性好、成本低等特點(diǎn)。

正是由于光纖傳感器擁有如此之多的優(yōu)點(diǎn)，使得其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涉及石油化工、電力、醫(yī)學(xué)、土木工程等諸多領(lǐng)域。

1 光纖傳感器在石油化工系統(tǒng)的應(yīng)用

在石油化工系統(tǒng)中， 由于井下環(huán)境具有高溫、高壓、化學(xué)腐蝕以及電磁干擾強(qiáng)等特點(diǎn)，使得常規(guī)傳感器難以在井下很好地發(fā)揮作用。然而光纖本身不帶電，體小質(zhì)輕，易彎曲，抗電磁干擾、抗輻射性能好。特別適合于易燃易爆、空間受嚴(yán)格限制及強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下使用，因此光纖傳感器在油井參數(shù)測(cè)量中發(fā)揮著不可替代的作用，它將成為可應(yīng)用于油氣勘探及石油測(cè)井等領(lǐng)域的一項(xiàng)具有廣闊市場(chǎng)前景的新技術(shù)。

1.1 光纖傳感器在油氣勘探中的應(yīng)用

光纖傳感器由于其抗高溫能力、多通絡(luò)、分布式的感應(yīng)能力，以及只需要較小的空間即可滿足其使用條件的特點(diǎn)，使得在勘探鉆井方面尤其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

應(yīng)用光纖傳感器可以制成井下分光計(jì)，分布式溫度傳感器及光纖壓力傳感器等適用于這種特殊作業(yè)要求的產(chǎn)品。

(1) 井下分光計(jì)