1.光纖傳感器結(jié)構(gòu)原理
以電為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)傳感器是一種把測量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的電信號的裝置。它的電源、敏感元件、信號接收和處理系統(tǒng)以及信息傳輸均用金屬導(dǎo)線連接。
光纖傳感器則是一種把被測量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置。由光發(fā)送器、敏感元件（光纖或非光纖的）、光接收器、信號處理系統(tǒng)以及光纖構(gòu)成。
由光發(fā)送器發(fā)出的光經(jīng)源光纖引導(dǎo)至敏感元件。
這時，光的某一性質(zhì)受到被測量的調(diào)制，已調(diào)光經(jīng)接收光纖耦合到光接收器，使光信號變?yōu)殡娦盘?，最后?jīng)信號處理得到所期待的被測量。
可見，光纖傳感器與以電為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)傳感器相比較，在測量原理上有本質(zhì)的差別。傳統(tǒng)傳感器是以機電測量為基礎(chǔ)，而光纖傳感器則以光學(xué)測量為基礎(chǔ)。
2.光纖傳感器的分類：
注：MM多模；SM單模；PM偏振保持；a,b,c功能型、非功能型、拾光型
3、根據(jù)光纖在傳感器中的作用，光纖傳感器分為功能型、非功能型和拾光型三大類。
1）功能型（全光纖型）光纖傳感器
利用對外界信息具有造紙廠能力和檢測能力的光纖（或特殊光纖）作傳感元件。將“傳”和“感”合為一體的傳感器。
光纖不僅起傳光作用，而且還利用光纖在外界因素（彎曲、相變）的作用下，其光學(xué)特性（光強、相位、偏振態(tài)等）的變化來實現(xiàn)“傳”和“感”的功能。因此，傳感器中光纖是連續(xù)的。由于光纖連續(xù)，增加其長度，可提高靈敏度。
1）非功能型（或稱傳光型）光纖傳感器
光纖僅起導(dǎo)光作用，只“傳”不“感”，對外界信息的“感覺”功能依靠其他物理性質(zhì)的功能元件完成。光纖不連續(xù)。
此類光纖傳感器無需特殊光纖及其他特殊技術(shù)，比較容易實現(xiàn)，成本低。但靈敏度也較低，用于對靈敏度要求不太高的場合。
2）拾光型光纖傳感器
用光纖作為探頭，接收由被測對象輻射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纖激光多普勒速度計、輻射式光纖溫度傳感器等。
（2）根據(jù)光受被測對象的調(diào)制形式
形式：強度調(diào)制型、偏振調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制。
1）強度調(diào)制型光纖傳感器
是一種利用被測對象的變化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等參數(shù)的變化，而導(dǎo)致光強度變化來實現(xiàn)敏感測量的傳感器。
有利用光纖的微彎損耗；各物質(zhì)的吸收特性；振動膜可液晶的反射光強度的變化；物質(zhì)因各種粒子射線或化學(xué)、機械的激勵而發(fā)光的現(xiàn)象；以及物質(zhì)的熒光輻射或光路的遮斷等來構(gòu)成壓力、振動、溫度、位移、氣體等各種強度調(diào)制型光纖傳感器。
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，成本低。
缺點：受光源強度波動和連接器損耗變化等影響較大。
2）偏振調(diào)制光纖傳感器
是一種利用光偏振態(tài)變化來傳遞被測對象信息的傳感器。
有利用光在磁場中媒質(zhì)內(nèi)傳播的法拉弟效應(yīng)做成的電流、磁場傳感器；利用光在電場中的壓電晶體內(nèi)傳播的泡爾效應(yīng)做成的電場、電壓傳感器；利用物質(zhì)的光彈效應(yīng)構(gòu)成的壓力、振動或聲傳感器；以及利用光纖的雙折射性構(gòu)成溫度、壓力、振動等傳感器。
這類傳感器可以避免光源強度變化的影響，
因此靈敏度高。
1）頻率調(diào)制光纖傳感器
是一種利用單色光射到被測物體上反射回來的光的頻率發(fā)生變化來進行監(jiān)測的傳感器。
有利用運動物體反射光和散射光的多普勒效應(yīng)的光纖速度、流速、振動、壓力、加速度傳感器；利用物質(zhì)受強光照射時的喇曼散射構(gòu)成的測量氣體濃度或監(jiān)測大氣污染的氣體傳感器；以及利用光致發(fā)光的溫度傳感器等。
2）相位調(diào)制傳感器
其基本原理是利用被測對象敏感元件的作用，使敏感元件的折射率或傳播常數(shù)發(fā)生變化，而導(dǎo)致光的相位變化，使兩束單色光所產(chǎn)生的干涉系統(tǒng)發(fā)生變化，通過檢測干涉系統(tǒng)的變化量來確定光的相位變化量，從而得到被測對象的信息。
通常有利用光彈效應(yīng)的聲、壓力或振動傳感器；利用磁致伸縮效應(yīng)的電流、磁場傳感器；利用電致伸縮的電場、電壓傳感器以及利用光纖賽格納克（Sagnac）效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角速度傳感器（光纖陀螺）等。這類傳感器的靈敏度很高。但由于須用特殊光纖及高精度檢測系統(tǒng)，因此成本高。
作為一種氣體泄露濃度檢測的儀器儀表工具，氣體檢測儀主要是指便攜式/手持式氣體檢測儀，主要利用氣體傳感器來檢測環(huán)境中存在的氣體種類。一般認為，氣體傳感器的定義是以檢測目標(biāo)為分類基礎(chǔ)的，也就是說，凡是用于檢測氣體成份和濃度的傳感器都稱作氣體傳感器，不管它是用物理方法，還是用化學(xué)方法。 在氣體監(jiān)測儀中，到底都有哪些類型的傳感器應(yīng)用？ 1.半導(dǎo)體式氣體傳感器 它是利用一些金屬氧化物半導(dǎo)體材料，在一定溫度下，電導(dǎo)率隨著環(huán)境氣體成份的變化而變化的原理制造的。比如，酒精傳感器，就是利用二氧化錫在高溫下遇到酒精氣體時，電阻會急劇減小的原理制備的。半導(dǎo)體式氣體傳感器可以有效地用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多氣體地檢測。尤其是，這種傳感器成本低廉，適宜于民用氣體檢測的需求。 下列幾種半導(dǎo)體式氣體傳感器是成功的：甲烷(天然氣、沼氣)、酒精、一氧化碳(城市煤氣)、硫化氫、氨氣(包括胺類，肼類)。高質(zhì)量的傳感器可以滿足工業(yè)檢測的需要。但是，它們也有各自的缺點。這些缺點有：穩(wěn)定性較差，受環(huán)境影響較大；尤其是，每一種傳感器的選擇性都不是唯一的，輸出參數(shù)也不能確定。因此，不宜應(yīng)用于計量準(zhǔn)確要求的場所。 目前，這種傳感器的主要供應(yīng)商在日本，其次是中國，最近又新加入了韓國，其他國家如美國在這方面也有相當(dāng)?shù)墓ぷ鳎鞘冀K沒有匯入主流。中國在這個領(lǐng)域投入的人力和時間都不亞于日本，但是由于多年來國家政策導(dǎo)向以及社會信息閉塞等原因，我國流行于市場的半導(dǎo)體式氣體傳感器性能質(zhì)量都遠遜于日本產(chǎn)品。 2.催化燃燒式氣體傳感器 這種傳感器是在白金電阻的表面制備耐高溫的催化劑層，在一定的溫度下，可燃性氣體在其表面催化燃燒，燃燒是白金電阻溫度升高，電阻變化，變化值是可燃性氣體濃度的函數(shù)。 催化燃燒式氣體傳感器選擇性地檢測可燃性氣體：凡是可以燃燒的，都能夠檢測；凡是不能燃燒的，傳感器都沒有任何響應(yīng)。當(dāng)然，凡是可以燃燒的，都能夠檢測這一句有很多例外。但是，從總體上來講，上述選擇性是成立的。 催化燃燒式氣體傳感器計量準(zhǔn)確，響應(yīng)快速，壽命較長。傳感器的輸出與環(huán)境的爆炸危險直接相關(guān)，在安全檢測領(lǐng)域是一類主導(dǎo)地位的傳感器。它的缺點是：在可燃性氣體范圍內(nèi)，無選擇性。暗火工作，有引燃爆炸的危險。大部分元素有機蒸汽對傳感器都有中毒作用。 目前，這種傳感器的主要供應(yīng)商在中國、日本、英國。目前，中國是這種傳感器的最大用戶(主要用于煤礦)，也擁有較佳的傳感器生產(chǎn)技術(shù)，盡管不斷有各種各樣的代理商在宣傳上干擾社會對這種傳感器的認識，但是畢竟，催化燃燒式氣體傳感器的主流制造商還是國內(nèi)的制造商。 3.熱導(dǎo)池式氣體傳感器 每一種氣體，都有自己特定的熱導(dǎo)率，當(dāng)兩個和多個氣體的熱導(dǎo)率差別較大時，可以利用熱導(dǎo)元件，分辨其中一個組分的含量。這種傳感器已經(jīng)傳感器地用于氫氣的檢測、二氧化碳的檢測、高濃度甲烷的檢測。這種氣體傳感器可應(yīng)用范圍較窄，限制因素較多。這是一種老式產(chǎn)品，全世界各地都有制造商。產(chǎn)品質(zhì)量全世界大同小異。 4.電化學(xué)式氣體傳感器 它相當(dāng)一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學(xué)活性，可以被電化學(xué)氧化或者還原。利用這些反應(yīng)，可以分辨氣體成份、檢測氣體濃度。
?。?）輸入R
霍爾傳感器元件兩激勵電流端的直流電阻稱為輸入電阻。它的數(shù)值從幾歐到兒百歐，視不同型號的元件而定。
溫度升高，輸入電阻變小，從而使輸入電流變大，最終引起霍爾傳感器電勢變化。為了減少這種影響，可以采用恒流源作為激勵源。
?。?）輸出電阻R
兩個霍爾傳感器電勢輸出端之間的電阻稱為輸出電阻，它的數(shù)位與輸入電阻同一數(shù)量級。它也隨溫度改變順改變。選擇適當(dāng)?shù)呢撦d電阻易與之匹配，可以使由溫度引起的程水電勢的漂移減至最小。
?。?）最大激勵電流I---霍爾傳感器參數(shù)
由于霍爾傳感器電勢隨激勵電流的增大而增大，故在應(yīng)用中總希望選用較大的激勵電流1M但激勵電流增大，程爾元件的功耗增大，元件的溫皮升高，從而引起霍爾傳感器屯勢的溫漂增大，因此每種型號的幾件均規(guī)定了相應(yīng)的最大激勵電流，它的數(shù)值從幾毫安至幾百毫安。
?。?）靈敏度K
靈敏度KH=EH/IB，它的數(shù)值約為10MV（MA.T）左右。
?。?）最大磁感應(yīng)強度BM---霍爾傳感器參數(shù)
磁感應(yīng)強度超過BM時，霍爾傳感器電勢的非線性誤差將明顯增大，特斯撿（T）成幾千高斯（Gs）（1Gs=104T）。
?。?）個等位電勢
在額定激勵電流F，當(dāng)外加磁場為零時它是由于4個屯極的幾何尺寸不對稱引起的誤差。
?。?）霍爾傳感器屯勢溫度系數(shù)
6M的數(shù)值一般為零點刀霍爾傳感器輸出端之間的開路電壓稱為不等位電勢，使用時多采用電橋法來補償不等位電勢引起日在一定磁感應(yīng)強度和激勵電流的作用下，溫度每變化1攝氏度時，霍爾傳感器電勢變化的百分?jǐn)?shù)弱為霍爾傳感器電勢溫度系數(shù)，它與霍爾傳感器元件的材料有關(guān)。
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