光纤传感器技术的概况及其特点
常见光纤温度传感器基本原理
1. 荧光式温度光纤传感器
1.1 基本原理
荧光式温度传感探头具有抗电磁干扰、稳定可靠、微小尺寸、长寿命及绝缘性好等特
点，光纤温度传感器是利用物质的荧光辐射现象设计的。通常设在光纤的一端固结着微量稀
土磷化合物，受紫外光照射后，激励其发出荧光。此荧光强度或余辉时间长度会随温度变化
而变化，成为温度的函数，从而计算出被测温度。
1.2荧光式温度传感原理
荧光式温度传感探头是由普通多模光纤和在其顶部安装的荧光物质体(膜)组成。荧光物
质接受一定波长(受激谱)的光激励后，受激辐射出荧光能量。激励消失后，荧光发光的持续
性取决于荧光物质特性、环境因素，以及激发状态的寿命。这种受激发荧光通常是按指数方
式衰减的，称衰减的时间常数为荧光寿命或荧光衰落时间(ns)。因为在不同的环境温度下，
荧光寿命也不同.
因此通过测量荧光寿命的长短，就可以得知当时的环境温度。
2. 光纤法布里-彼罗特（Fabry – Perot）传感器
2.1 法布里-彼罗特（Fabry – Perot）腔
法布里-彼罗特（Fabry –Perot）腔是一个常见的光学器件。它是光纤法布里-彼罗特传
感器的核心，同时也被应用到光纤光栅传感器当中。了解它的原理和特点将有助于理解以上
两种传感器的工作原理和不同应用。
在讨论技术细节之前，读者需要明确以下两点:
1.光在任何界面都会发生反射，在大多数情况下会发生折射。比如光会在水面反射，
再比如当光线穿过一块玻璃的时候，会分别在一块玻璃的上下表面同时发生反射。
2.光具有波粒二象性。也就是说光拥有波长 λ，相位θ 等表征物理量。光在真空中
所经过的路程叫做光程 L,当光经过介质，比如玻璃时，光程变为L=n*d。 n 为介质的折射
率 （均大于1）， d 为光线经历的几何长度。同一单一光源发出的两束光（具有同样起始
相位，且频率相同）如果再相遇，将发生干涉。如果他们的光程差是波长的整数倍，意味着
《光纤通信与光纤传感技术》参考文献
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第一章
1.下面哪种常见物品不属于传感器 ( )
A.数码摄像机 B.液晶电视机
C.烟雾报警器 D.红外线感应门
2.下面哪种物品属于光纤传感器 ( )
A.光纤水听器 B.光纤光缆
C.光纤水晶灯 D.激光刀
3.目前，最常用光纤的纤芯和包层构成的材料主要是 ( )
A.多成分玻璃 B.半导体材料
C.石英晶体 D.塑料
4.以下哪种光纤不是根据横截面上折射率的径向分布形式划分的 ( )
A.阶跃型光纤 B.渐变型光纤
C.石英光纤 D.单模光纤
5.以下哪种说法是错误的 （ ）
A.在可见光范围内，大部分媒质的折射率大于1。
B.同一媒质对于不同波长的光有着不同的折射率。
C.红光和紫光的频率不同，所以它们在真空中的传播速度也不同 。
D.紫光的频率高于红光，所以在水中紫色光的折射率大。
6.在下列因素中，不是引起光纤传输衰减的原因为 ( )
A.光纤弯曲 B.瑞利散射
C.杂质吸收 D.多模传输
7.在下列因素中，不是引起光纤传输色散的原因为 ( )
A.光纤弯曲 B.色度色散
C.偏振模随机变化 D.多模传输
光学传感技术
自20世纪70年代美国corning公司制造出第一根低损耗光纤至今，光纤传感技术伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点。光波不怕电磁干扰，易为各种光探测器件接收，可方便的进行光电或电光转换，易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配。
1 光纤技术基础
光纤是光导纤维的简称。它是工作在光波波段的一种介质波导。它把以光的形式出现的电磁波能量，利用全反射的原理束缚在其界面内，并引导光波沿着光纤轴线的方向前进。光纤的传输特性由其结构和材料决定。
1.1光纤的结构和种类
光纤由称为“纤芯”和“包层”的两同心圆形双层结构组成，具有使光功率封闭在里面传输的光波导机能，其工作原理如图1-1所示。纤芯位于光纤的中心部分，纤芯外面由包层围绕着。纤芯折射率n0比包层折射率nc稍大一点，因此如果把光照在纤维端面上，传播角θ比临界角θc小的光线就会在纤芯与包层的交界面上反复全反射而在纤芯中曲折地向前传播。
图1-1光纤的基本结构 体现光纤这种基本性质的结构参数有：
（1）光纤尺寸——纤芯直径2a和包层外径2d。
（2）数值孔径和相对折射率差——数值孔径NA的意义是光纤可能接受外来入射光的最大接受角θm的正弦，它是与显微镜物镜的数值孔径具有相同物理意义的常数。其大小用光纤中光线的零界角θc,纤芯和包层的折射率n0和nc来表示：
2200sinccnnnNA
相对折射率差∆是表示纤芯和包层之间相对折射率差的一个参数，由下式给出：
00nnnc
纤芯和包层折射率差很小，通常只有1%左右，所以n0≈nc，结果NA和∆将有如下关系：
20nNA
(3)归一化频率——归一化频率是表征有多少个模式能在光纤中传播的一个参数，用符号V表示。其表达式如下：
