光纤传感器十大排名图片（光纤传感器百科）

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本文目录:

• 1、光纤器件的器件种类

• 2、光纤连接器按连接头分fc,sc,st,lc,d4,din,mu,mt分别是什么样的

• 3、地质灾害监测光纤传感技术

• 4、光电传感器是怎样工作的？

一、光纤器件的器件种类

光纤器件按功能分类，有光连接器、光耦合器、光开关、波分复用器和波分解复用器、光衰减器、光环行器、光隔离器和光调制器等。

光连接器 　实现光纤与光纤或光纤与其他器件光学连接的器件。它的主要参数是插入损耗。光连接器品种甚多,按插孔的结构型式分，有O型、C型和V型等；按光纤种类和芯数分，有多模、单模光纤连接器，多芯、单芯光缆连接器等；按应用场合分，有通用式、现场装配式、密封式和穿墙式等。通用的多模单芯光缆连接器的插入损耗一般为 0.5～1分贝（图2）。单模光纤连接器的最低插入损耗可达 0.3分贝。

光定向耦合器 使光路之间按比例实现能量耦合,且分光路线与传输方向有关，可作成三端口或四端口器件。根据结构和工艺的不同，可分为拼接式、拉锥式、棱镜式、平面式等（图3）。光定向耦合器的主要参数是插入损耗、分光比和隔离度。主要用于单线双向传输及数据网等。 　星形耦合器 　使一个或几个光路中的光能耦合到同一边(或另一边)一个或几个光路中的近似星形器件。将能量耦合到同一边光路的称为反射式星形耦合器；将能量耦合到另一边光路的称非反射式星形耦合器。按其对称性又可分为1×n型和n×n型等。按结构与工艺的不同，星形耦合器可分为拉锥式、搅模棒式等（图4）。星形耦合器的主要参数与光定向耦合器相同。它主要用于星形光纤网络。

T 形耦合器 　使两个端机接到一个主传输线路上去的器件。主要结构和参数与星形耦合器相同，主要用于母线网络。

光开关 　使一个或几个光路中的光能接通、切断或转换到另一个或几个光路中去的器件。按转换型式可分为1×n型和n×n型（矩阵开关）；按转换机理可分为机械式和折射率式（图5）。光开关的主要参数是插入损耗、隔离度、重复性、转换时间和寿命。它主要用于光路的切换。

波分复用器 　使两个或两个以上不同波长的光载波共用一个光路的器件。按色散元件分有棱镜式、光栅式和干涉模式等。其主要参数是插入损耗、隔离度等。它主要用于单线双向传输和光纤网络传输。

波分解复用器 　使共用一个光路的不同波长的多个光载波分到各自光路中去的器件。其主要参数、结构和用途均与波分复用器相同。

光衰减器 　使光路的光能按一定比例衰减的器件。按衰减量的可调性可分为固定式、分级可调式和连续可调式（图6）。其主要参数是衰减量及其精度。它主要用于调整中继区间的损耗、评价光纤传输系统损耗和校正光功率计等。

光纤器件除应用于光纤通信外，还可应用于非通信领域，如传感技术、数据处理和计算技术等。特别是光纤传感器尤其受到人们注意，它的进展将会促进光纤器件的发展。此外为了适应单模光纤传输系统的需要，光纤器件将在平面型器件的基础上向混合集成光路方向发展，对光纤传输系统会产生重要的影响。

二、光纤连接器按连接头分fc,sc,st,lc,d4,din,mu,mt分别是什么样的

FC,SC,ST,LC指的是四种光纤跳线方式；D4，din，mu，mt指的是连接器的一种。

光纤跳线的分类和概述如下：

光纤跳线（又称光纤连接器），也就是接入光模块的光纤接头，也有好多种，且相互之间不可以互用。SFP模块接LC光纤连接器，而GBIC接的是SC光纤连接器。下面对网络工程中几种常用的光纤连接器进行详细的说明：

　 ①FC型光纤跳线：外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。一般在ODF侧采用(配线架上用的最多)

②SC型光纤跳线：连接GBIC光模块的连接器，它的外壳呈矩形，紧固方式是采用插拔销闩式，不须旋转。(路由器交换机上用的最多)

③ST型光纤跳线：常用于光纤配线架，外壳呈圆形，紧固方式为螺丝扣。(对于10Base-F连接来说，连接器通常是ST类型。常用于光纤配线架)

④LC型光纤跳线：连接SFP模块的连接器，它采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成。(路由器常用)

⑤MT-RJ型光纤跳线：收发一体的方形光纤连接器，一头双纤收发一体

ST、SC连接器接头常用于一般网络。ST头插入后旋转半周有一卡口固定，缺点是容易折断;SC连接头直接插拔，使用很方便，缺点是容易掉出来;FC连接头一般电信网络采用，有一螺帽拧到适配器上，优点是牢靠、防灰尘，缺点是安装时间稍长。MTRJ型光纤跳线由两个高精度塑胶成型的连接器和光缆组成。连接器外部件为精密塑胶件，包含推拉式插拔卡紧机构。适用于在电信和数据网络系统中的室内应用。

光通信D4连接器，DIN连接器，适配器

光纤模块：一般都支持热插拔，GBIC使用的光纤接口多为SC或ST型;SFP，即：小型封装GBIC，使用的光纤为LC型。

使用的光纤：

单模：L波长1310单模长距LH波长1310,1550

多模：SM波长850

SX/LH表示可以使用单模或多模光纤

在表示尾纤接头的标注中，我们常能见到“FC/PC”，“SC/PC”等，其含义如下

1“/”前面部分表示尾纤的连接器型号

“SC”接头是标准方型接头，采用工程塑料，具有耐高温，不容易氧化优点。传输设备侧光接口一般用SC接头

“LC”接头与SC接头形状相似，较SC接头小一些。

“FC”接头是金属接头，一般在ODF侧采用，金属接头的可插拔次数比塑料要多。

连接器的品种信号较多，除了上面介绍的三种外，还有MTRJ、ST、MU等，

2.'/'后面表明光纤接头截面工艺，即研磨方式

“PC”在电信运营商的设备中应用得最为广泛，其接头截面是平的。

“UPC”的衰耗比“PC”要小，一般用于有特殊需求的设备，一些国外厂家ODF架内部跳纤用的就是FC/UPC，主要是为提高ODF设备自身的指标。

另外，在广电和早期的CATV中应用较多的是“APC”型号，其尾纤头采用了带倾角的端面，可以改善电视信号的质量，主要原因是电视信号是模拟光调制，当接头耦合面是垂直的时候，反射光沿原路径返回。

三、地质灾害监测光纤传感技术

一、内容概述

光纤传感技术是工程测量领域的一项高新技术，光纤传感器采用光作为信息的载体，用光纤作为传递信息的介质，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、响应快、质量轻、体积小、外形可变、传输带宽大以及可复用实现分布式测量等突出优点，在高层建筑、智能大厦、桥梁、高速公路等在线动态检测方面有着广泛的应用。2006～2010年，在“十一五”科技支撑计划重点项目及中国地质调查局地质调查项目的支持下，研发了具有自主知识产权的光纤光栅监测解调系统、分布式光纤应变监测系统，并在三峡库区地质灾害监测中得到应用，取得了不错的效果。

光纤传感技术是通过对光纤内传输光的某些参数（如强度、相位、频率、偏振态等）变化的测量，实现对环境参数的测量。分布式光纤传感技术以其可复用、分布式、长距离传输的优点成为光纤传感技术中最具前途的技术之一，是光纤传感监测技术的发展趋势。其中，光纤布拉格光栅传感技术（Fiber Bragg Grating，FBG）与布里渊光时域反射传感技术（Brillouin Optic Time Domain Reflectometry，BOTDR）是最具代表性的两种分布式光纤传感技术。

FBG是准分布式光纤传感器的一种，其所获取的被测量信息在空间上并不是连续分布的，但可以在大范围内对多点同时进行监测。Bragg光栅是一种在光纤中制成的折射率周期变化的光栅，周期不同其反射的光波长也不同。当这种带有布拉格光栅的光纤受到拉伸或压缩以及所处温度发生变化时，其周期发生变化，从而反射光的波长也改变，通过测量反射光波长的变化即可得知光纤所受的应变或所处的温度值。光纤Bragg光栅测量原理如图1所示。

图1 光纤Bragg 光栅测量原理

BOTDR主要是利用了光波在光纤中传播时产生的后向布里渊散射光的频谱与功率特征与外界环境（温度、应变等）相关的特性。图2是光纤中的背向散射光频谱分布图。

由图2可以看出，在布里渊散射中，散射光的频率相对于泵浦光有一个布里渊频移。当光纤材料特性受温度或应变影响时，布里渊频移大小将发生变化，因此，通过测定脉冲光的后向布里渊散射光的频移就可以实现分布式温度、应变测量。

图2 光纤中的背向散射光频谱分布图

大量的理论和实验研究证明，当环境温度变化量小于或等于5℃时，光纤的轴向应变与布里渊散射光频率的漂移量之间的关系可表示为

V_B（ε）＝ V_B（O）＋Cε

式中：V_B（ε）为光纤发生应变时布里渊散射光频率的漂移量；V_B（O）为光纤无应变时布里渊散射光频率的漂移量；C为光纤应变系数，一般为50 MHz/με；ε为光纤的轴向实际应变。BOTDR应变测量的原理如图3所示。

图3 BOTDR 应变测量原理

中国地质调查局水文地质环境地质调查中心通过攻关研究，在地质灾害监测光纤传感技术方面取得的研究成果包括系列光纤光栅传感器、光纤监测仪器及光纤监测方法，拥有自主知识产权，可在国家重大工程建设中对滑坡、边坡稳定性、重大工程健康监测等发挥很好的作用。

1）基于光栅传感技术研制完成的光栅应变、位移传感器、光栅钢筋应变计3种类型的光栅传感器，具有自主知识产权，性能已达同类产品水平，经济成本与国内同类产品相比降低了 50%，并获得了“滑坡裂缝监测用光纤光栅传感装置”（专利号：ZL200820135234.7）、“光纤光栅实验标定工作台”（专利号：ZL200820124713.9）两项实用新型专利。

图4 光纤光栅监测解调仪

2）利用光波分复用技术，解调光纤光栅传感器阵列，研制完成的光纤光栅监测解调仪（图4），可实现波长解调范围为40nm，解调精度为5pm，实时传输监测数据，技术性能已达国际同类技术产品水平，经济成本与国际国内同类产品相比降低了30%，并在三峡库区滑坡裂缝监测中得到实际应用。

3）利用微波电光调制、光相干检测的方法，研制完成的具有自主知识产权的分布式光纤应变监测系统（图5）样机，可实现20km以上的测试距离，空间分辨率为5m，应变测量精度为100με，技术性能接近国际同类产品水平，经济成本降低了30%，并在三峡库区滑坡监测中得到实际应用。

图5 分布式光纤应变监测系统

4）探索了FBG与BOTDR联合监测滑坡的应用方法。通过试验，显示FBG与BOTDR联合监测滑坡，在整个滑坡体上铺设监测光纤，利用BOTDR技术可获得整个滑坡体的概要信息；在滑坡体变形的关键部位——变形缝安装FBG传感器，利用其监测灵敏度高的特点，获得滑坡某些关键部位的应变值，既可克服BOTDR监测空间分辨率不高的缺点，又可弥补FBG只能实现离散点测量的不足，从而可实现由点到线再到面的滑坡监测，获得滑坡体较完整的应变信息。

二、应用范围及应用实例

FBG传感器的测量精度能达到0.001%，并且系统测量时间短，可实现实时监测，基于这些优点，使FBG在结构检测（例如桥梁、隧道的健康监测）上得到了广泛的应用，用于地质灾害监测时，主要用于变形位置已大致确定、形变较大的结构体的变形监测，将其用于滑坡监测时，主要用于监测滑坡后缘或已知的裂缝的实时变化。

BOTDR 传感技术所采用的光纤体积小、柔软可弯曲，能以任意形式复合于基体结构中而不影响基体的性能。对整个测试光纤，只要测得光纤各位置的布里渊散射光功率和频率，就可得到光纤上各处的应变和温度分布。该传感技术系统最具优势的地方还在于光纤既是传感元件又是传输媒介，属于分布式监测，可以满足长距离、不间断监测的要求，便于与光纤传输系统联网，以实现系统的遥测和控制。用于地质灾害监测时，将光纤以神经网络的形式植入监测体，便可对其实施从线到面的整体监测。

光纤传感技术在残联滑坡监测中的应用：

残联滑坡位于重庆市巫山县新县城中心地带，为河流谷坡地形。虽对其采取“清方减载＋格构锚＋护脚墙＋地表排水”的方案进行了治理，但滑坡下部仍然有明显的地表变形。鉴于此，2004年8月运用BOTDR技术对其进行了监测，2006年10月又在其关键的变形部位安装了FBG应变传感器（图6）。

图6 残联滑坡下部分布式光纤布网及关键部位FBG 传感器安装

BOTDR监测显示（图7），沿光纤分布有4个明显的高应变异常段，并呈两两对称（光纤折回铺设）。C₁ 异常段对应于剖面的92～93处，C₂ 异常段对应于剖面的142～143处。宏观调查发现，这两处地表存在明显的拉裂和剪切变形，FBG监测数据（图8）也表明变形仍在继续，截止到2010年5月，裂缝变形应变量已达到642.76με。这样，通过FBG与BOTDR的联合监测，既获得了滑坡体沿剖面方向的应变分布情况，又对变形关键部位加强了监测。

图7 残联滑坡下部BOTDR 监测应变沿光纤分布图

图8 光纤光栅监测应变随时间变化图

三、推广转化方式

地质灾害光纤传感技术成果可通过宣传报道、会议交流、人员培训、技术咨询的形式，提高市场认知，具有自主知识产权的系列光纤光栅传感器、光纤光栅监测解调仪、分布式光纤监测系统等可以经过成果转化，形成与监测技术相关的产品直接进行市场销售，地质灾害光纤监测技术方法可通过示范工程的方式进行推广。

技术依托单位：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心

联系人：张青

通讯地址：河北保定七一中路1305号

邮政编码：071051

联系电话：0312-5908718，13503125891

电子邮件：zhqn123@163.com

四、光电传感器是怎样工作的？

光电传感器工作原理如下：

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。

光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为:发送器、接收器和检测电路。

发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。

光电传感器图片

光电传感器分类和工作方式：

⑴槽型光电传感器

把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧组成槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。

⑵对射型光电传感器，若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大，一个发光器和一个收光器组成对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。对射式光电开关的检测距离可达几米乃至几十米。使用对射式光电开关时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。

⑶反光板型光电开关

把发光器和收光器装入同一个装置内，在前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用，称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光源被反光板反射回来再被收光器收到;一旦被检测物挡住光路，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。

⑷扩散反射型光电开关

扩散反射型光电开关的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但扩散反射型光电开关前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。在检测时，当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。

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