本文深入解析光纤传感器的光学感知原理、核心转换技术及典型工作流程，阐明其如何在严苛环境中实现精准非电测量。
一、 光信号如何传递信息
光纤传感器的核心在于利用光波作为信息载体。光导纤维作为传输介质，其结构设计保证了光信号的定向传播。
光在纤芯中的”旅程”
- 全反射原理：光在纤芯与包层界面发生连续全反射，束缚在纤芯内传输。
- 低损耗传输：高质量石英光纤在特定波段损耗可低于0.2 dB/km (来源：国际电信联盟, 2020)。
- 信号保真：避免了电磁干扰对信号质量的影响。
二、 感知外界变化的核心技术
光纤传感器通过感知光波参数的变化来探测外部物理量。
关键调制机制
- 强度调制型：外力、位移等直接改变光纤微弯状态或耦合效率，导致透射光强变化。
- 波长调制型：利用光纤光栅（FBG）等元件，应变、温度改变导致其反射或透射的特征波长漂移。
- 相位调制型：基于干涉仪结构（如马赫-曾德尔），外界扰动引起光程差变化，导致干涉条纹移动。
不可或缺的”翻译官”：光电转换
- 光信号到电信号：光电探测器（如PIN光电二极管）将携带信息的光信号转换为可处理的电信号。
- 信号调理电路：对微弱电信号进行放大、滤波和数字化处理。
三、 为何在工业领域备受青睐
独特的工作原理赋予了光纤传感器显著的应用优势。
不可替代的关键特性
- 本质安全：传感端无需供电，无电火花风险，适用于易燃易爆环境。
- 强抗干扰：对电磁干扰免疫，在电力、轨道交通等复杂电磁场中稳定工作。
- 耐腐蚀耐高温：石英材料化学稳定性高，部分类型可在数百度高温下工作。
- 长距离分布式传感：单根光纤可实现数十公里范围的连续监测。
光纤传感器通过精妙的光学设计和信号处理技术，实现了物理量的高精度、非接触式测量。理解其核心技术和工作原理，是有效选型和应用的基础。其在安全监测、过程控制等领域的价值将持续凸显。
