1、光纤传感技术介绍：

（1）光纤传感技术的工作原理及特点：光纤传感技术的基本原理是在受到压力、温度、电场、磁场外界环境因素的影响时，光纤中传输的光波容易受到这些外在场或量的调制，因而光波的表征参量如强度、相位、频率、偏振态等会发生相应改变，通过检测这些参量的变化，就可以获得外界被测参量的变化信息，实现对外界被测参量的“传”和“感”的功能。其具体工作原理是由光源发出光波，通过置于光路中的传感元件，将待测外界信息如温度、压力、应变、电场等叠加到载波光波上；承载信息的调制光波通过光纤传输到探测单元，并经信号处理后检测出随待测外界信息变化的感知信号，从而实现传感功能。

根据光纤传感技术的工作原理所形成的光纤传感器及智能仪器仪表系统，主要包括光源、传输光纤、传感元件、光电探测器和信号处理单元等五个部分。据中金企信国际咨询公布的《2021-2027年中国光电探测器市场运营格局及投资全产业链潜力研究预测报告》统计数据显示：光源相当于一个信号源，负责信号的发射；光纤是传输媒介，负责信号的传输；传感元件是感知外界信息，相当于调制器；光探测器负责信号的转换，将光纤送来的光信号转关成电信号；信号处理电路的作用是还原外界信息，相当于解调器。光纤传感技术作为一种新型技术，其技术特点主要表现在以下几个方面：

1）抗电磁干扰、绝缘性好、耐腐蚀：作为传感介质的光纤或者光纤器件，其材料主要成分为二氧化硅，是本质安全的。因此光纤传感技术具有抗电磁干扰、防雷击、防水防潮、耐高温、耐腐蚀等特点，可以在条件比较恶劣的环境中（如强辐射、高腐蚀、易燃易爆、高温高压、深水矿井等场所）使用。

2）体积小、质量轻、可塑性强：光纤作为传感技术的主要组成部分，其体积小、质量轻，而且可以进行一定程度的弯曲，因此可以随被测物体形状改变走向，能最大限度的适应被测环境，既可以埋入复合材料内，也可以粘贴在材料的表面，与待测材料有着良好的相容性。

3）带宽大、损耗低、易于长距离传输：光纤的工作频带宽而且光波在光纤中的传输损耗小（如 1550nm 光波在标准单模光纤中的传输损耗只有0.2dB/km），适合长距离传感和远程监控。

4）可测参量多、对象广：通过不同的调制和解调技术，光纤传感技术可以实现多种参量的传感。除了应力、温度、振动、电流、电压等传统传感领域，还可以被应用在测量速度、加速度、转速、转角、弯曲、扭绞、位移、溶液浓度、液体泄漏、气体浓度等新型传感领域。

5）灵敏度高，便于复用、组网：有效设计的光学传感技术可以使得光纤传感技术实现极高灵敏度的测量。由于光波间不会相互干扰，可利用通信中的波分复用技术在同一根光纤中同时传输很多波长的光信号，而且光纤本身组网便利，有利于与现有光通信设备组成光纤传感网络。

基于光纤传感技术的技术优点，该技术被广泛应用在石油石化、电力、桥梁隧道、地铁、周界安防等领域，并呈现出逐步替代传统传感技术的趋势。

2、光纤传感技术的分类：光纤传感技术的分类有多种方法，按照光在光纤中被调制的原理可以分为四类：强度调制型光纤传感技术、相位调制型光纤传感技术、波长调制型光纤传感技术及偏振态调制型光纤传感技术。具体情况如下：

3、主要光纤传感技术介绍：据中金企信国际咨询公布的《2021-2027年中国光纤传感器市场运行动态监测及发展前景投资预测报告》统计数据显示：目前，除航空航天应用较多的光纤陀螺等技术外，产业化应用最为广泛的光纤传感技术主要有光纤光栅传感技术、分布式光纤测温技术、分布式光纤振动测量技术三种，公司已经充分掌握了上述三种技术。以下是这三种技术的详细介绍：

1）光纤光栅传感技术：光纤光栅是利用掺有锗等离子的光纤纤芯材料的光敏性，通过紫外光照射光纤，在纤芯内部形成的折射率周期性变化的空间相位光栅。当一定谱宽的光束进入光栅时，由于光纤光栅只反射入射光中满足布拉格条件的光，其余光将透射出去。光纤光栅反射波的中心波长受光栅周期和折射率变化的影响。当光纤受外界应变和温度影响时，光纤光栅的周期将发生变化，其光栅周期和折射率将受到调制，将被测量的变化转化为中心波长的移动，再通过检测该中心波长的移动来实现传感。

传感用光纤光栅具有反射率高、反射带宽窄带、边摸抑制比高等特性，波长移动响应快，线性输出动态范围宽，能够实现被测参量的绝对测量，不受发光强度影响，对于背景光干扰不敏感、紧凑小巧、易于埋入材料内部，并能直接与光纤系统耦合，它的出现极大地推动了光纤传感技术的进步。

光纤光栅用于传感最主要的优势即光纤光栅将所测量的物理量直接转化为波长的变化，而与光强、连接器、光纤损耗无关，并且不受其他光纤光栅的影响。基于光纤光栅的固有特性，可监测应力，温度，压力，生物化学药剂及其他一些物理量，同时光纤光栅传感器也可以被用于单点或组成阵列；较低的成本也使其在不同的应用领域成为颇为理想的选择对象。在诸多光纤传感器类型中，基于光纤光栅原理的传感器受到更为广泛的关注。

2）分布式光纤测温技术：分布式光纤温度传感技术（Distributed Temperature Sensing，以下简称DTS ）诞生于二十世纪八十年代，是利用激光在光纤中传输时产生的与温度信息相关的背向拉曼散射信号、及根据光时域反射原理来获取空间温度分布的光纤传感技术。拉曼散射是入射光子与光纤物质分子的振动态相互作用的结果。振动态间的能量转换致使散射光波长与入射光波长不同，即出现比入射光波长短的反斯托克斯散射光和比入射光波长长的斯托克斯散射光，其中前者的强度会随外界温度的变化而改变，因此反斯托克斯散射光与斯托克斯散射光的强度比值提供了光纤环境位置的温度信息。

分布式光纤温度传感技术能够连续测量光纤沿线所在处的温度，空间定位精度达到米级，将一条数千米的光纤铺设到待测空间，可连续测量整条光纤所处空间各点的温度，通过光纤上的温度的变化来检测出光纤所处环境温度变化，适用于需要大范围连续测量的应用场合。

3）分布式光纤振动测量技术：在分布式光纤振动测量技术中主要采用基于瑞利散射光的相干光时域反射技术（COTDR）。在该系统中，激光器发出的激光注入探测光纤中，接收端的光电探测器就能探测到背向的瑞利散射，当探测光纤附近有振动产生时，该振动会对背向瑞利散射光产生调制，探测器就能探测到信号发生变化，从而对振动点进行定位。该技术可对整个光纤链路范围内的振动信号进行远程、实时监测，非常适合于输油管道、变电站等长距离、大范围场所的周界安防。

基于瑞利散射光的相干光时域反射技术（COTDR）诞生于20 世纪80 年代中期，该技术通过相干检测可以将微弱的瑞利散射信号从较强的自发散射噪声中提取出来，从而使COTDR 的传感距离大大延长。而且通过对系统结构进行设计，还使得COTDR 可以应用于多跨超长距离的光缆线路测量。基于相干光时域反射原理（COTDR）的全分布式光纤声音探测系统能够用单芯光纤覆盖40km 的监测范围，空间定位精度为10 米。适用于管道安全和监控，能够对长距离管线附近的挖掘行为进行实时监测，保护管道运行安全。