光纤传感器通过调制光信号实现物理量测量，凭借抗干扰、高灵敏特性，在工业监测领域持续替代传统传感器。本文解析其核心原理、系统构成及典型应用场景。
一、光纤传感的核心工作原理
光纤传感器本质是将待测物理量转化为光波参数变化。当外界因素（如温度、压力）作用于光纤时，会改变传输光波的强度、相位、波长或偏振态。
信号转换的三种机制：
– 强度调制型：物理量直接改变透射/反射光强
– 波长调制型：通过布拉格光栅（FBG） 改变反射波长
– 相位调制型：利用马赫-曾德尔干涉仪检测光程差变化
关键优势：电绝缘性使其在易燃易爆、强电磁干扰场景具有不可替代性（来源：IEEE Sensors Journal, 2022）。
二、系统构成与关键技术
2.1 核心组件功能解析
| 组件 | 作用 |
|---|---|
| 光源模块 | 发射稳定激光/宽谱光 |
| 传感光纤 | 传导光信号并响应环境变化 |
| 解调系统 | 识别光参数变化并转换为电信号 |
信号处理中的创新点：
-
分布式传感技术实现单根光纤千米级连续监测
-
多路复用技术显著降低单点成本
-
基于人工智能的噪声滤波算法提升信噪比
三、工业场景实战案例
3.1 基础设施安全监测
桥梁钢缆的应变分布通过预埋FBG传感器实时回传，精度可达±1με（微应变）。某跨海大桥项目部署2,800个测点，实现结构健康全生命周期管理。
3.2 能源领域特殊应用
-
油气储罐液位监测：利用全光纤设计杜绝电火花风险
-
风力发电机叶片：植入光纤网络检测复合材料内部应力
-
高压变压器：分布式温度传感精度达±0.5℃
行业趋势：2023年工业光纤传感器市场规模突破$2.3B（来源：MarketsandMarkets），年复合增长率11.2%。
四、技术挑战与发展方向
当前面临成本控制与复杂环境适应性双重挑战。新兴解决方案包括：
-
聚合物光纤（POF） 降低材料成本
-
光子晶体光纤增强温度稳定性
-
片上集成解调模块推动设备小型化
