摘要：本篇文章概述了光纤传感原理性和光纤测量的两种方法，主要是关于设备检测中的应用。
关键词：光纤传感技术；检测；光纤传感应用
各种各样的传感技术的出现，光纤传感器是一种已经成为发展迅速的技术，以我们现在的技术，我们已经能够用光纤传感器来实现压力、温度、振动、电流、电压、磁场等物理量检测，这些应用之说以能够实现，是因为光纤固有的特点，比如：体积小和质量轻带来的一些优点，使其变得结构简单、使用方便，耐高压、抗电磁干扰。
在通信行业中，随着光纤技术的发展，光纤在每家每户已经有了大规模的部署，光纤传送网络已经日益庞大，传统光纤传送网络已经成为一个不可感知的网络，管理和传感仍然是一个无法解决的技术难题。光纤传感技术应用于工程领域，它是基于光纤传感器的多点式传感系统。不同的控制对象存在不同的光纤传感技术。光纤反射传感器的多点式传感系统主要进行点式高精度控制，具有高速实时的性能。
光纤传感技术是伴随着光纤通信技术的发展而发展起来的，光波作为载体，媒质是光纤，感知和传输外界的一种新型传感技术。光波作为被测量信号的载体，光纤作为光波传播的媒介，它俩都具有独特的，其他载体和媒质无法比拟的优点。
光纤传感技术利用了光纤对一些特定物理量敏感的特性，将外界物理量改变成一种可以直接测量信号的技术。因为光纤不仅是光波的传播媒介，并且由于光波在光纤传播时，其特征物理量因外界因素而直接或者间接的改变。因此，光纤可以作为传感原件来检测各种各样的物理量。光纤传感器的使用就是利用这一原理。光纤传感器包括传感型和传光型，通过利用外界因素来改变光纤中光的振幅，相位等，由此对外界因素进行测量，所以被称为传感器。传光型传感器是利用敏感元件进行测量的，通过光纤进行数据的传输。它能充分利用现有的传感器，有利于推广和应用。
因为光纤在传播信息中有很大的作用，所以光纤传感器也有着与众不同的作用。光纤传感器的有着各种各样的存在，但是总的来说，光纤传感器主要分为功能光纤和非功能光纤。功能性传感器中的光纤既有传光的作用，又包括传感的作用。而非功能传感器与功能性传感器相比较下就略显劣势，它只起到传光的作用。
功能光线方式是光纤与生俱来的一种功能，一般情况下，利用被测量来改变光纤本身的性质，从而影响传送的光。这种方式，涉及了偏振、相位、干涉等物理光学知点，采用了单模光纤。
单模光纤是只能传送基模的光波，实验已经证实，光波是一种电磁波，影响人眼对光波的感觉。电场强度矢量E只对照片底片感光，因此E又被称为光矢量。E模是相互垂直的E1模和E2模的合成。电场在一个平面内振动的波被称为线性偏振波，这个振动面被称为偏振面。由此看来，单模光纤只是线性偏振波的一种媒介。
在光沿单模光纤轴线传播的时候，若是存在外界的干扰，例如有磁场作用时，E1和E2模会发生能量交换，使光纤在模的传输中发生改变，然后光的偏振面也会受到影响，从而发生改变。既光的偏振面会发生一定的偏转，在测量中可以充分利用这一特殊性质来测量磁场强度，当然也要特别注意，我们在测量的时候要尽量减少其对外界的干扰。
非光纤的传播方式，光纤就是光的传播媒介，光纤的一端安装光纤传感器作为测量的一部分。在这种方式中，涉及了有关光量等几何光学概念的测算，利用一些传输光量大的多模光纤，但是在不同情况下，光纤也可以作为传感器，比如光的随机偏振性是利用数百模以上的光单位时，光的振动面以相同的频率向所有的方向传送的性质。但从目前看来非功能光纤比较成熟，而且应用比较广泛。从这一方面看功能光纤的话，功能光线处于测试阶段也不无道理，因为它比较容易受到外界干扰，测量的精度也不够。现在让我们了解一下光纤的两种应用实例。
首先，我们了解的是光纤大电流传感器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆光纤大电流传感器是利用法拉第效应测量电流和磁场的一种方法。当我们把铅玻璃等透明物质放在磁场中，并且通过与磁场方向平行的线性偏振光时，偏振面将会发生一定的旋转，这种实验现象被称作法拉第效应。法拉第效应引起偏振面的旋转与磁场的方向有关系，却与光的前进方向无关，所以得到结论，无论光的方向与磁场是同向还是异向，测量得到的结果不变。
光纤传感器最经典的例子就是当高压输电线的时候使用光线电流传感器，其基本原理就是法拉第效应。光线电流传感器是由输电线、传感器、光纤、套镜、激光器、变换器、放大器等组成的。光纤回转仪是光纤电流互感器的核心零件，它是由光源、探测器、调节器以及缠绕电流导线的光电探头组成器件。其中调节器的核心部件是光线电流传感器，通过调节器系统可以对电流进行精确的测量，这项技术受到20多项国际专利的保护。光纤回转仪的原理是：光由光源发出，经过波导传至线性偏转器，然后产生了两束线性偏振光波，随后到达相位调节器；然后这两束光从控制室传到传感头；两束光纤在光纤中传播，在终点处遇到反射镜，光线沿同一路线返回；在光线环绕导线传播的时候，在法拉第效应的作用下，导线中的电流产生磁场，这两束光经过磁场时发生偏移；光波返回后到达光学探测器，电子器件测量出相位漂移；两束光波的相位偏移与经过导线的电流成正比，然后显示单位将电流值以模拟量或者数字量传到最终用户。
最早的光纤回转仪由霍尼韦尔公司和波音公司共同研制，研制其最初目的是用于导弹巡航系统，电流测量领域的研发工作是1994年开始的，第一次投入商业应用是1998年。目前，主要生产光纤回转仪的厂家有：ABB、NGK、ALSTOM、TRENCH、GE等。
最后，我们要了解的是光线电压传感器。光线电压传感器的原理是普克尔效应，普克尔效应是晶体的物理性质。当压电晶体受光照射并与光照正交的方向上加高压电场作用的时候，晶体会发生双折射现象，这种现象就是所谓的普克尔效应。并且，这种双折射与所加电场成正比。
当外电场加到这个物质上时，改变了主轴的折射率，因此折射率椭球也发生了变换，不管入射光是不是线性偏振光，出射光都会变成椭圆偏振光，改变了偏振特性。光在晶体内的传播与电场方向一致，光束进入晶体后会沿着X和Y两个方向传播速度不相等的偏振光。
根据普克尔效应制成的光线电压传感器主要是在发送和接受光纤之间插入了起偏镜，非功能光纤的电压传感器是由电光晶体和检偏镜。根据实际的测量，电压在100伏特的范围内，输入电压与输出电压有着良好的线性关系，因为这种传感器具有很好的频响特性，可以用来测量从直流到脉冲的各种波形的电压、场强，还可以作为高压验电器、不良绝缘子检测器和静电压计。
伴随着光电子技术的突飞猛进的发展，经过二十余年的发展，光纤传感技术已经获得长足的进步，实用化阶段是光纤传感技术的主要表现，光纤传感技术正在慢慢成为传感领域的一个新的分支。不少光纤传感器具有其独特的特点，要么替代要么更新传统的测试系统，改造了一些仪器，比如：光纤陀螺、光纤水听器、光纤电流电压。并且出现了应用光纤传感技术的新型测试系统，比如：分布式光纤测试系统，还有光纤智能结构；还有由光纤构成的新型光谱仪等传统测试系统；利用光电子技术，把传统的电子测量仪表改造成先进的光纤式仪表。
参考文献
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论文作者:段中平
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/22
标签：光纤论文; 传感器论文; 偏振论文; 测量论文; 光波论文; 技术论文; 法拉第论文; 《电力设备》2018年第4期论文;