光纤传感器：传感型和混合型的工作场景示意

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：功能型传感器也称传感型光纤传感器。非功能型光纤传感器是利用其他敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为传输介质，传输来自远处或难以接近场所的光信号，所以也称为传光型传感器或混合型传感器。图3－31简单示意了光纤传感器的工作场景。图3－31光纤传感器工作场景示意简图流体分析仪如图3－32所示，可用于了解初期开发过程中的原油组成成分。

（1）光纤传感器概述

光纤传感器一般是由光源、接口、光导纤维、光调制机构、光电探测器和信号处理系统等部分组成。来自光源的光线，通过接口进入光纤，然后将检测的参数调制成幅度、相位、色彩或偏振信息，最后利用微处理器进行信息处理。光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和光探测器两个重要部件，如图3－30所示。

光纤传感器资源

图3－31　光纤传感器工作场景示意简图

流体分析仪如图3－32所示，可用于了解初期开发过程中的原油组成成分。它由两个传感器合成：一个是吸收光谱分光计；另一个是荧光和气体探测器。井下流体通过地层探针被引入出油管，光学传感器用于分析出油管内的流体。流体分析分光计则提供了原位井下流体分析，并对地层流体的评估加以改进。

图3－30　光纤传感器结构简图

（a）光纤传感器结构图
1—涂敷层；2—纤芯；3—包层
（b）光纤探头
1—信号处理系统；2—光电二极管；3—窗1；4—窗2；5—双色滤光器；6—探头；7—光纤；8—光源

光纤传感器与传统的传感器相比，具有灵敏度高，抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全、测量速度快、信息量大、适用于恶劣环境，质量轻、体积小、可绕曲、测量对象广泛、复用性好、成本低等特点。

光纤传感器一般分为两大类：一类是传光型，也称非功能型光纤传感器；另一类是传感型，或称为功能型光纤传感器。前者多数使用多模光纤，以传输更多的光量；而后者是利用被测对象调制或改变光纤的特性，所以只能用单模光纤。

功能型传感器利用光纤本身具有的某种敏感功能。光纤一方面起传输光的作用，另一方面作为敏感元件，被测物理量的变化将影响光纤的传输特性，从而将被测物理量的变化转变为调制的光信号。功能型传感器也称传感型光纤传感器。

非功能型光纤传感器是利用其他敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为传输介质，传输来自远处或难以接近场所的光信号，所以也称为传光型传感器或混合型传感器。

漫反射型光电开关集光发射器和光接收器于一体。当被测物体经过该光电开关时，发射器发出的光线经被测物体表面反射由接收器接收，于是产生开关信号。

图3－31简单示意了光纤传感器的工作场景。

（2）光纤传感器的应用

1）光纤传感器在油气勘探中的应用

光纤传感器由于其抗高温能力，多通络、分布式的感应能力，以及只需要较小的空间即可满足其使用条件的特点，使其在勘探钻井方面有其独特的优势，如井下分光计、分布式温度传感器及光纤压力传感器等。

图3－31　光纤传感器工作场景示意简图

图3－32　流体分析仪(https://www.chuimin.cn)

2）电路板标志检测

如图3－33所示，当光纤发出的光穿过标志孔时，若无反射，说明电路板方向放置正确。

3）转速传感器

如图3－34所示，齿盘每转过一个齿，光电断续器就输出一个脉冲。通过脉冲频率的测量或脉冲计数，即可获得齿盘转速和角位移。

图3－32　流体分析仪

2）电路板标志检测

如图3－33所示，当光纤发出的光穿过标志孔时，若无反射，说明电路板方向放置正确。

3）转速传感器

如图3－34所示，齿盘每转过一个齿，光电断续器就输出一个脉冲。通过脉冲频率的测量或脉冲计数，即可获得齿盘转速和角位移。

图3－33　光纤传感器检测电路板标志孔示意

1—标志孔；2—光纤耦合器；3—传输光纤；4—出射光纤

图3－33　光纤传感器检测电路板标志孔示意

1—标志孔；2—光纤耦合器；3—传输光纤；4—出射光纤

图3－34　光纤传感器测转速示意简图

（a）光电式传感器；（b）透光式光电式数字转速表；（c）反光式光电式数字转速表

图3－34　光纤传感器测转速示意简图

（a）光电式传感器；（b）透光式光电式数字转速表；（c）反光式光电式数字转速表

光纤传感器：传感型和混合型的工作场景示意

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