1、 - 1 - 第1章 绪 论 现代科学技术的迅猛发展,使人类社会从高度工业化向信息化转变,在信息 化时代,人类将主要依靠对信息资源的开发及其变换,传输和处理进行社会活动. 传感器是感知,获取,检测和转换信息的窗口,处于研究工作对象与传输系统的接 口位置,被比喻为电子计算机实现电脑智能化的“五官“.可以设想,如果没有高度 保真和性能可靠的传感器,纵有再好的传输和处理设备也无法发挥作用.因此,传 感器是实现信息化时代的主要技术基础。 传感器又被称为“80年代最有代表性的珍品“,目前已广泛应用于国防军工, 工,农业生产,环境保护,生物医学,计量测试,交通运输,自动控制和家用电器等 各个领域拓展.电子
2、和电脑,空间海洋,遗传,材料和能源等关键工程的开发,首先 就要有能传感各种强,高,弱,微和边缘效应的传感器,这些特殊领域的突破将给 人类科学技术带来不可估量的进展,产生巨大的经济效益.因此,传感器是现代科 学技术开拓的先锋。 光纤与激光,半导体光探测器一样,是一种新兴的光学技术,即形成光电子学 新的领域是20世纪后勤工作半期重大发明之一。 以光纤作为信息传输介质的光纤 通信,自1970年美国康宁(Corning)玻璃公司制成20dB/km的光纤充来,得到广泛 的重视和发展。 短短的十几年就从实验室研究走向实用化,现正在形成产业,社会 经济效益与日俱增。 在70年代中期,人们开始意识到光纤本身可
3、以构成一种新的直接交换信息的 基础,无需任何中间级就能把待测的量和光纤内的导光联系起来。自1977年美国 海军研究所(NRL)开始执行光纤传感器系统(FOSS)计划以来,光纤传感器的概念 在全世界的许多实验室里变为现实。 随着光纤传感器的研制,国际间的学术研究交流活动日益增多。 从1983年起, 国际光纤传感器会议(International Conference on Optical Fiber Sensors) 定期召开。 - 2 - 第2章 传感器 2.1 传感器 2.1.1传感器定义 能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件 或装置。 传感器通常由直接响应于被
4、测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换 元件以及相应的电子线路所组成。 人可以用手准确地拿到放在桌上的书,笔等物,这是出现于日常生活中的习 以为常的现象。 人在完成这个过程时,不可缺少的是大脑的判断和认识对象,而眼 睛为大脑的正确判断和认识提供依据,可以想像,如果闭上眼睛,人拿任何物品是 多么困难.控制和测量的关系就是这样,为了有效地达到自动控制,就需要像眼睛 一样的传感器测量被控制对像的一系列信息和对这些信息的正确判断。 2.1.2 传感器的条件 众所周知，实现信息检测，转换和传输的元，器件或装置称为传感器。通常 要求传感器要具有如下条件: 1.有优良的转换功能,工作范围宽,具有好的线性特性
5、,检测信号的信噪比高, 重复性好,时间老化特性优良。 2.检测信号的质量好，容易作信号处理,容易传输信号。 3.与被测体匹配好，对被测体环境适应能力强，不破坏被测体的状态，检测 信号不受被测体环境的干扰。 4.体积小，重量轻，特性偏差小，故障率低，价格低廉。 2.1.3 传感器的分类 目前,市场上的传感器有数千种，正在研究的就更多。为研究方便，人们常 用以下方法将传感器分类： 1.按工作原理分：结构型传感器和物性型传感器。前者主要是利用传感器结 构上几何尺寸等的变化来实现检测、转换；后者则是利用传感器材料的物性变化 来实现检测、转换的。 2.按所用的效应分：有物理传感器、化学传感器及生物传感器
6、。 - 3 - 第3章 光纤传感器 3.1 光纤传感器的原理 光纤是70年代为光通信而发展的一种新型材料,它主要是用玻璃预制棒拉丝 成纤维,外直径仅100-150um。它与其它材料相比,有许多独特的性能。 光纤的第一个特性是良好的传光性能。它对光波的损耗目前可低到0.2 db/km,甚至更低； 若光在光纤里传播1km,光强将减小为原来的1/1.047,即光强为 原来的96%,传播15km后光强还有原来的一半,可见光强衰减很小。有人比喻说, 如果有一根针沉在10km深,透明度和光纤相同的海底,人在海面上可以看得非常 清楚,可以想像光纤的透明度是很高的。 光纤的第二个特性是频带宽.这是因为光纤传输的是光,而光的频率特别高, 现在所用的光频率在1014-1015Hz的范围里,它比微小高5个数量级。频率越高, 能够容纳的带宽越宽；而其它传输手段只能传输频率低得多的电磁波,即使能够 把光送入其它传输线,也由于损耗大而没有实用价值。这是光纤能够同时传输大 量信息的根本原因。现在已经达到的实用水平是一条光纤能同时传输路电话。正 在进行实验,很快就能投入使用的同时能传输路电话,比原来的提高4倍。
