【www.zhuodaoren.com--专题】
光流传感器原理(一)
光流法
人类主要通过眼睛，耳朵和大脑来获取、处理与理解获得的信息。然而图像具有最直观、明了、让人一看就懂的特质，因为人们获取信息70%以上依靠视觉，20%左右依靠听觉，10%左右依靠触觉和嗅觉，这就是为什么“百闻不如一见”，一幅图像说明一切问题，胜过千言万语。 计算机视觉这一领域的先驱可追溯到很早的时候，但是直到20世纪70年代后期，当计算机的性能提高到足以处理诸如图像这样的大规模数据时，计算机视觉才得到了正式的关注和发展。计算机视觉就是用各种成象系统代替视觉器官作为输入敏感手段，由计算机来代替大脑完成处理和解释，也包括对视觉信息的采集，传输，处理，存储与理解等过程。计算机视觉最终研究目标就是使计算机能像人那样通过视觉观察和理解世界，具有自主适应环境的能力，要经过长期的努力才能达到的目标。因此，在实现最终目标以前，人们努力的中期目标是建立一种视觉系统，这个系统能依据视觉敏感和反馈的某种程度的智能完成一定的任务。计算机视觉应用领域较广泛，包括航空航天、卫星照片、军事导弹精确制导、移动机器人视觉导航、工业自动化系统、医学辅助诊断等。
计算机视觉系统的结构形式很大程度上依赖于其具体应用方向。有些是独立工作的，用于解决具体的测量或检测问题，也有些作为某个大型复杂系统的组成部分出现，比如工业控制系统，汽车导航系统。计算机视觉系统的具体实现方法同时也由其功能决定，有些是预先固定的，有些是在运行过程中自动学习调整。尽管如此，以下几个功能
却几乎是每个计算机系统都需要具备的。 图像获取，一幅数字图像是由一个或多个图像感知器产生的，例如摄像机，红外遥感摄像仪，雷达，超声波接收器等，所产生的图片包括二维图像，三维图像或者一个图像序列。预处理，在对图像实施具体的计算机视觉方法来提取某种特定的信息前，首先通过一种或一些方法预先对图像进行处理，以满足后继图像处理的要求，包括二次取样，平滑去噪，提高对比度等。 特征提取，是使用计算机提取图像信息，检查每个像素确定该像素是否代表一个特征，例如边缘提取，边角检验，斑点检验。图像分割，对图像进行分割来提取有价值的信息用于后继处理的部分。 光流法的基本原理
光流是一种简单实用的图像运动的表达方式[1]，通常定义为一个图像序列中的图像亮度模式的表观运动，即空间物体表面上的点的运动速度在视觉传感器的成像平面上的表达。这种定义认为光流只表示一种几何变化。1998年Negahdaripour将光流重新定义为动态图像的几何变化和辐射度变化的全面表示[2]。光流的研究是利用图像序列中的像素强度数据的时域变化和相关性来确定各自像素位置的“运动”，即研究图像灰度在时间上的变化与景象中物体结构及其运动的关系。一般情况下，光流由相机运动、场景中目标运动或两者的共同运动产生的相对运动引起的。光流计算方法大致可分为三类：基于匹配的方法、频域的方法和梯度的方法。
(1) 基于匹配的光流计算方法包括基于特征和基于区域两种。基
于特征的方法不断地对目标主要特征进行定位和跟踪，对大目标的运动和亮度变化具有鲁棒性。存在的问题是光流通常很稀疏，而且特征提取和精确匹配也十分困难。基于区域的方法先对类似的区域进行定位，然后通过相似区域的位移计算光流。这种方法在视频编码中得到了广泛的应用。然而，它计算的光流仍不稠密。
(2) 基于频域的方法，也称为基于能量的方法[3]，利用速度可调的滤波组输出频率或相位信息。虽然能获得高精度的初始光流估计，但往往涉及复杂的计算。另外，进行可靠性评价也十分困难。【光流传感器原理】
(3) 基于梯度的方法利用图像序列亮度的时空微分计算2D速度场（光流）。由于计算简单和较好的效果，基于梯度的方法得到了广泛的研究。虽然很多基于梯度的光流估计方法取得了较好的光流估计，但由于在计算光流时涉及到可调参数的人工选取、可靠性评价因子的选择困难，以及预处理对光流计算结果的影响，少量帧中噪声的存在以及图像采集地过程中形成的频谱混叠都将严重影响基于梯度的方法的结果精度[3]。
光流法检测运动物体的基本原理是：
给图像中的每一个像素点赋予一个速度矢量，这就形成了一个图像运动场，在运动的一个特定时刻，图像上的点与三维物体上的点一一对应，这种对应关系可由投影关系得到，根据各个像素点的速度矢量特征，可以对图像进行动态分析。如果图像中没有运动物体，则光流矢量在整个图像区域是连续变化的。当图像中有运动物体时，目标和图像背景存在相对运动，运动物体所形成的速度矢量必然和邻域背
景速度矢量不同，从而检测出运动物体及位置。采用光流法进行运动物体检测的问题主要在于大多数光流法计算耗时，实时性和实用性都较差。但是光流法的优点在于光流不仅携带了运动物体的运动信息，而且还携带了有关景物三维结构的丰富信息，它能够在不知道场景的任何信息的情况下，检测出运动对象。
对于视频监控系统来说，所用的图像基本都是摄像机静止状态下摄取得，所以对有实时性和准确性要求的系统来说，纯粹使用光流法来检测目标不太实际。更多的是利用光流计算方法与其它方法相结合来实现对目标检测和运动估计。
然而，在实际应用中，由于遮挡性、多光源、透明性和噪声等原因，使得光流场基本方程的灰度守恒假设条件不能满足，不能求解出正确的光流场，同时大多数的光流计算方法相当复杂，计算量巨大，不能满足实时的要求，因此，一般不被对精度和实时性要求比较高的监控系统所采用。
光流法的国内外现状 对光流算法的研究，最早可追溯到二十世纪五十年代，Gibson和Wallach等学者提出的SFM（Structure From Motion）假设，即以心理学实验为基础，开创性的提出从二维平面的光流场可以恢复到三维空间运动参数和结构参数的假设，但该假设直到七十年代末才有ULLman等学者验证该假设。真正提出有效光流计算方法还归功于Horn和Schunck在1981年创造性地将二维速度场与灰度相联系，引入光流约束方程的算法，是光流算法发展的基石。光流算法发展至今不下几十种，其中许多是基于一阶时空梯度技术，其
方法不仅效率高，且易于实现，总的深入分析可将光流算法分为四类。
（1）研究解决光流场计算的不适定问题的方法【光流传感器原理】
在研究解决光流场计算不适定问题的方法的过程中，学者们提出了很多克服不适定问题的算法，例如Horn根据同一个运动物体的光流场具有连续、平滑的特点，即三维图像投影到二维图像上的光流变化也是平滑的，提出一个附加约束条件，将光流场的整体平滑约束转换为一个变分的问题；Tretiak和Nagel认为对光流场的计算属于一类微分问题，由于要涉及图像灰度时空导数计算，而提出了在二阶微分算子的基础上添加一个附加约束；Nagel提出为使附加的光滑性约束沿光流场梯度的垂直方向上变化率最小，导出了一种新的迭代算法；Wohu等人利用非线性平滑条件和局部约束来计算时变序列图像的光流场；Haralick等人通过将二维物体表面分割为若干个小平面，并假设小平面运动方向，速度近似，且在短时间内为常量，据此思想基础上得到了附件约束。国内复旦大学的吴立德教授对灰度时变图像光流场的理论进行过研究并提出了多通道方法。
（2）研究光流场计算的快速算法
在光流算法快速算法研究中，Braillon提出一种光流模型检测障碍物的方法，该方法是为摄像机建立经典的针孔模型，并在针孔模型上建光流模型，并不需要计算完整的光流场；Valentinotti在并行的DSP系统上实现了基于相位的光流算法，对128×128和64×64图像序列实现了快速处理；Andres Bruhn等人在对光流计算时引入了多尺度分析，提高了计算的效率；昌猛等人在Horn-Schunck算法
光流传感器原理(二)
光纤电流传感器--检测原理
光纤电流传感器的检测原理【光流传感器原理】
光纤电流传感器的检测原理
光纤回转仪是MO CT （光纤电流互感器）的核心部件，它由光源，探测器，调节器，以及缠绕电流导线的光电探头组成。其中调节器是光纤电流 传感器 的核心部件，通过这套系统可以对电流进行精确测量，此项技术受２０多项国际专利保护。
光源发出的光通过波导传至线性偏光器，然后是偏振分离器（产生两束线性偏振光波），最后到达相位调节器。
然后这两束光通过光纤从控制室传到传感头；
两束偏振光通过1/4波长滤波器产生右旋和左旋偏振光；
两个光束在围绕导线的光纤环中传播，到达终点时遇到反射镜，光线沿同样的路径返回；
当光线环绕导线传播时，导线中的电流由于法拉第效应产生磁场，该磁场使两束光的相位产生偏移；
光波沿光路返回后，最终到达光学探测器，电子器件检测出相位漂移；
两束光波的相位偏移与导线的电流成正比，然后显示单元将电流数值以模拟量或数字量传至最终用户。
光纤回转仪最早由波音公司和霍尼韦尔公司共同研制，主要用于导弹巡航系统，1994年开始在电流测量领域的研发工作，1998年第一此投入商业应用。目前主要的生产厂家有：TRENCH，RITZ，ABB，ALSTOM，, GE ，SIEMENS，NGK，NXTPHASE等。
由于光纤回转仪也被用于导弹、飞机、有人工智能装置的小型炸弹等的导航系统，因此属于敏感及禁止出口器件。2001年，北京雄狮光电公司总裁由于购买光纤回转仪准备转运往中国大陆，被波士顿联邦法院判监禁两年半。
光流传感器原理(三)
光电传感器的原理及应用
摘 要：在科学技术高度发展的现代社会中，我们主要依靠检测技术获取、筛选和传输信息，实现自动控制。光电传感器以其精度高、反应快、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、形式灵活等优点，在自动检测技术中得到了广泛的应用。本文主要介绍了光电传感器的原理及应用 关键词：光电效应 外光电效应 内光电效应 光电子
中图分类号：TP212.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0117-01
在高度发达的现代社会中，科技突飞猛进，信息瞬息万变，生产过程自动化已成为社会发展的必然趋势。而这些必须建立在强大的信息产业基础之上，人们只有获取大量准确、可靠的信息，再经过一系列科学分析、加工、处理，才能正确认识和掌握自然界的发展规律，带动科学技术的发展。生产过程中，我们主要依靠检测技术获取、筛选和传输信息，实现自动控制。
随着现代信息技术的发展，光子以其独特的优点：响应速度快，频宽、信息容量大，信息效率高，具有越大越大的竞争力，光子技术与微电子技术相互结合、相互渗透，已成为现代信息技术的支柱之一。应用这种技术做成的光电传感器具有精度高、反应快、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、形式灵活等优点，在自动检测技术中得到了广泛的应用。
光电传感器是一种以光电效应为理论基础，采用光电元件作为检测器件的传感器。它可以把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件，把光信号转换成电信号输出。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
1 理论基础——光电效应
光电效应分为外光电效应和内光电效应。外光电效应是指当光照射到某些物体上，电子从这些物体表面逸出的现象，外电光效应也称为光电发射效应。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。内光电效应指的是物体在光线作用下，其内部的原子释放电子，但是这些电子并不逸出物体表面，仍然留在物体内部，从而使物体的电阻率发生变化或产生电动势。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光电池等。
1.1 外光电效应
光照在光电材料上，材料表面的电子吸收能量。如果电子吸收的能量足够多，电子就会克服束缚逸出表面而进入外界空间，这就是外光电效应。
根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每个光子的能量为h（h为普朗克常数，h=6.63×1034 J/HZ，为光波频率）。不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子的能量就越大。如果光子的能量全部交给电子，那么电子的能量就会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律：式中m为电子质量，v为电子逸出的初速度；w为逸出功。
因此，要使光电子逸出物体表面，前提是。不同材料具有不同的逸出功，对每一种材料，入射光都有一个确定的频率限，只有当入射光的频率大于此频率限时，才会有光电子发射，否则，不论光强多大，都不会有光电子发射，此频率限称为“红限”。
2 内光电效应
半导体材料的价带与导带之间有一个带隙，能量间隔为。一般情况下，价带中的电子不会自发地跃迁到导带，所以半导体材料的导电性远不如导体。但是，如果通过某种方式给价带中的电子提供能量，就可以将其激发到导带中，形成载流子，增加导电性。光照就是一种激励方式。当入射光的能量时，价带中的电子就会吸收光子的能量，跃迁到导带，而在价带中留下一个空穴，形成一对可以导电的电子—— 空穴对。这里的电子虽然没有逸出形成光电子，但显然存在着由于光照而产生的电效应。这就是内光电效应。
要使价带中的电子跃迁到导带，也存在一个入射光的极限能量，即（是低频限）或者。入射光的频率大于或者波长小于时，才会发生电子的带间跃迁。光入射光能量较小，不能使光子由价带跃迁到导带时，也可能在一个能带内的亚能级结构间跃迁。
3 光电传感器的应用
光电传感器可以直接检测光量变化和引起光量变化的非电量，在检测技术、工业自动化及智能控制等领域都得到了广泛的应用，下面我们就来举例说明这种传感器在生产和生活中的应用。
3.1 光电隔离器
光电隔离器是由发光二级管和光敏晶体管安装在同一个管壳内构成的。发光二级管辐射能量能有效地耦合到光敏晶体管上。可以有多种形式，比如：发光二级管—光敏晶闸管、发光二极管—光敏电阻、发光二极管—光敏三极管。其中发光二级管—光敏三极管应用最为广泛，常应用于一般信号的隔离；发光二级管—光敏晶闸管常用在大功率的隔离驱动场合；发光二级管—达林顿管或者复合管常用在低功率负载的直接驱动场合。
3.2 文具盒的测光电路
学生在光线不均的环境中学习，很容易损害视力。应用光电池这种光电元件做成的文具盒测光电路能显示光线的强弱，指导学生保护视力。把硅光电池安装在文具盒的表面，直接感受光的强弱，用两只发光二极管作为光照强弱的指示灯。当光照小于100 lx时，光电池产生的电压比较小，两只发光二级管都不亮；当光照在100～200 lx时，其中一个发光二级管点亮，表示光照适中；当光照大于200 lx时，光电池产生的电压比较高，两只发光二级管都点亮，表示光照太强了。
3.3 条形码扫描笔
当扫描笔笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈现高阻抗，处于截止状态。当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光线，被反射到光敏三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通。
整个条形码被扫描之后，光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，就完成了对条形码信息的识别。
3.4 光电式纬线探测器
光电式纬线探测器是应用于喷气织机上，判断纬线是否断线的一种探测器。当纬线在喷气作用下前进时，红外发射管发出红外光，经纬线反射，被光电池接收，如果光电池接收不到反射信号，则说明纬线已断。因此，利用光电池的输出信号，通过后续电路放大、脉冲整形等，控制机器是正常运转还是关机报警。
由于纬线很细，又是摆动着前进，形成光的漫反射，削弱了反射光的强度，还伴有背景杂散光，因此要求探纬器具备高的灵敏度和分辨力。为此，红外发光管采用占空比很小的强电流脉冲供电，这样既保证发光管使用寿命，又能在瞬间射出强光，以提高检测灵敏度。
光电传感器用途广泛，还有一些等待我们去研究、去发现。比如我们在阳光下看不清手机和电脑，这时我们可以利用光敏器件来改变手机和电脑的屏幕亮度。再如我们的空调，可以通过检测红外线自动调节至人体的舒适温度，当温度过高或者过低时，开启空调调节装置，而当人体处在舒服范围内，则可关闭调节装置，以节省能源。随着科学技术的发展，光电传感器会使我们的生活更加方便。
参考文献
[1] 张梦欣.自动检测与传感器应用[J].中国劳动社会保障出版社.
[2] 李科杰.现代传感技术.
光流传感器原理(四)
基于GPS及光流传感器的四旋翼飞行器
【摘 要】四旋翼飞行器作为一种新型的飞行器近几年开始流行了起来，它结构简单，造价低廉，可扩展性强，有很大的研究价值。本文简单的介绍了四旋翼飞行器中实现定位的方法，以及现有的定位技术。 【关键词】四旋翼飞行器 定位 IMU GPS 光流 UWB
一、引言
四旋翼飞行器具有机械结构简单、运动灵活、姿态多样、可扩展性好和易维护等优点，因而其在勘探、测绘、救援、航拍等领域扮演越来越重要的角色。而这些领域无一不要求相当的精确度、可靠性和自主性，这些都对飞行器的控制系统提出了苛刻的要求。系统中的传感器给控制系统提供各种参数，控制系统处理这些参数后改变电机转速从而改变飞行器的飞行姿态。常规四旋翼平台搭载的实现自主定位导航的传感器是GPS模块，辨识方向的是罗盘模块，进行飞行控制的是惯性测量模块（IMU），用于测量高度的是压力传感器，另有超声波测距仪、激光测距仪等传感器用于探测航路中的障碍物进而在飞行中动态避障。机器视觉系统是一套通过图像摄取装置将被摄取目标转换成图像信号，通过专用的图像处理系统，将像素分布及颜色、亮度等信息转变为数字信号传送给图像处理系统进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制设备动作的一套系统。机器视觉具有被动性和轻量化的特性，同时可依靠单一传感器实现大量信息的采集和处理，在四旋翼飞行器这一对精度要求很高、数据量大、但空间有限的平台上的应用有十分广阔的前景。光流传感器便是一种可以实现机器视觉的简单装置，主要由一个装载在机身上的低像素摄像头组成，它与IMU及飞行控制计算机等配合，对摄像头所得图像进行实时计算和解读，还原出当前所处的三位动态结构图。
本文重点探究基于机载小型GPS模块及光流传感器的四旋翼飞行器精确定位运动及其应用展望。
二、GPS定位系统
GPS模块是实现四旋翼飞行器定位和导航的首选，搭建平台时可利用GPS模块测定飞行器所在位置的经纬度坐标信息，并利用高度计和超声波传感器结合进行飞行高度的测定，同时用IMU模块（三维陀螺仪和加速度计）在GPS导航模块的支持下实现四旋翼飞行器的惯性导航自主飞行。
运作时向机载单片机输入一系列点的GPS坐标，同时通过机载GPS系统得到当前载体的定位数据，并与存储的定位坐标做实时比对，由机载飞行控制计算机计算生成对应最优航线，并根据IMU模块及高度计、超声波传感器得到的数据实时修正航线，同时将定位坐标实时发回地面站，由地面计算机处理并显示当前位置、线路及飞行状态。
三、光流技术
一般而言，光流是由于场景中前景目标本身的移动、相机的运动，或者两者的共同运动所产生的，当人的眼睛观察运动物体时，物体的景象在人眼的视网膜上形成一系列连续变化的图像，这一系列连续变化的信息不断“流过”视网膜（成像平面），像一种光的“流”，故称之为光流。光流表达了图像的变化，由于它包含了目标物体运动的信息，因此可被观察者用以确定目标的运动情况。
光流的概念由Gibson在1950年提出，指空间运动中的物体在观察成像平面上的像素运动的瞬时速度，光流技术就是利用图像序列中像素在时间域上的变化及相邻帧之间的相关性来找到上一帧与当前帧之间存在的对应关系，从而计算出相邻帧之间物体的运动信息的一种方法。研究光流场的目的就是从图片序列中近似得到不能直接得到的运动场。其中运动场可理解为物体在三维真实世界中的运动，光流场是运动场在二维图像平面（人眼或者摄像头）的投影。
从生物学中昆虫飞行时将光流用于3D飞行控制的行为得到启发，光流技术被应用在了飞行器的动态定位和导航中。四旋翼飞行器搭载的光流传感器所利用的摄像头有分辨率低、帧率高的特点，可以实现较快的数据处理与更新。利用光流传感器对捕捉的图像进行分析，实时获取飞行器自身位置及运动情况，并将测得数据信息实时传输回地面站PC机分析处理。
为计算出物体的运动信息，如今已发展出了很多确定当前时刻下一帧的被测物位置的光流计算方法。由二维速度场与灰度的联系，引入光流约束方程，可得到光流计算的基本算法，接下来基于不同的理论基础，各种光流计算方法被创造出来，如今利用OpenCV库代码向单片机系统的移植可以比较容易地实现所需的光流计算。
四、空间定位技术
在室内不具备室外的开扩环境，因此定位也出现了许多困难。人们通常使用电磁波进行定位，常见的定位方式有时差定位技术、信号到达角度测量技术、到达时间定位和到达时间差定位等。近年来随着科技的发展又产生了UWB定位技术，它的频带从3.1GHz到10.6GHz，如此高的频率非常适合于短距离快速通讯，非常适合室内这种环境。在接收到精确的位置以及物体分布后便可在狭窄的室内计算出导航路线。这种探测方式在一定程度上弥补了光流传感器不能提前预知周围环境的不足，与光流传感器相互纠错可将错误率降低，也进一步保证了室内的安全。
五、应用及市场
四旋翼飞行器的轻量、灵活、操作灵敏的特性决定了其在物品短距离递送中的应用前景十分广阔，尤其是一些特殊场景下满足特殊要求的递送业务中，四旋翼飞行器的角色将很难替代。如今市场上已经出现了四旋翼飞行器用于快递蛋糕、书籍等服务的尝试，而其价值可以在一些有特别需求的行业中利用本文所述的精确定位运动技术得以体现，如饮料精准递送、写字楼室内精确快递等领域的需求一旦被发掘，其市场潜力将会十分巨大。
六、总结
为实现四旋翼飞行器的精确定位及导航运动，机身需搭载的传感器除了常规的IMU模块（陀螺仪和加速度计）、高度计和GPS模块以外，还可以使用光流传感器、超声波探测器等模块提高测量精度。其中光流传感器可以利用图像匹配在修正路径、保持悬停等动作中起到重要作用，还可以在GPS信号不可用等情况下实现精确定位导航；超声波探测器在机身高度测量中普遍可以提供高于普通高度计的测量精度，为后续基于载体空间位置信息的路经计算、姿态调整等过程提供更加精确和可靠的数据。
参考文献：
[1]张晓东：《可量测影像与GPS/IMU融合高精度定位定姿方法研究》：《解放军信息工程大学》 2013年
[2]王波：《浅谈UWB定位技术》：《中国新技术新产品》 2011年23期
光流传感器原理(五)
光纤传感器原理及其应用
摘 要 随着科学技术的不断进步，传感器越来越广泛地应用在我们日常生活中。光纤传感器自问世以来得到了迅猛的发展，而今光纤传感器已日趋成熟。本文对光纤传感器的基本原理、组成、分类和特点进行了阐述，并对其应用和发展前景进行了探讨。
【关键词】传感器 原理 分类
光纤传感器是伴随着光纤及光纤通信技术的发展而逐步形成的一种新型传感器。光纤传感器耐腐蚀、对介质的影响小、具有很强的抗电磁干扰能力，与传统的传感器相比具有体积小、重量轻，灵敏度高等特点，这一新技术近年来在我国诸多领域得到了广泛的应用。
1 光纤传感器
1.1 光纤传感器的原理和基本组成
光纤传感器的基本原理是光源通过光发送器发出后，以光纤为传输载体传送给敏感元件，在这一过程中，被测量对光的某一性质进行调制，被调制后的光接收光纤然后耦合到光接收器，最终光信号被转变为电信号，电信号再经过信号处理系统处理后变成所需要的被测量。
光发送器、光接收器、敏感元件、光导纤维及信号处理系统是构成光纤传感器的几个重要组成部分。有些光纤传感器中，光无源器件也作为光线传感器的重要组成部分。光无源器件按照功能上归类可以分为光衰减器件、光功率分配器件、光连接器件、光隔离器件、光开关器件等。光无源器件在工作过程中不需要任何外部元器件的帮助，依靠自身的性能就可以独立完成某种光学功能。
1.2 光纤传感器的分类
光纤传感器按其作用不同可分为三种类型，分别是功能型传感器、非功能型传感器和拾光型传感器。
功能型传感器中被传输光的许多特性发生了变化，比如光的相位、强度、频率或偏振态等参数。主要是由于光纤内传输的光得到了被测量的调制，在这一过程中，功能型传感器依靠光纤自身的特性把光纤看做了敏感元件。被调制的光再经过信号解调，最终获得被测信号。光在光纤内受被测量调制，多采用多模光纤。光纤在其中扮演着导光媒介的角色，同时也是敏感器件。
非功能型传感器光纤仅作为信息的传输媒介，常采用单模光纤。它是通过非光纤敏感元件来感知被测参量的变化，光纤仅起传输的作用。在此类传感器系统中，由于光纤型敏感元件获得光照才受到被测量调制，所以光纤在传感器系统中扮演着“导光”的重要角色。
拾光型光纤传感器多采用单模或多模光纤。在拾光型光纤传感器中，测量对象反射、辐射或散射的光信号通过光纤传播到光电元件上。光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等都是拾光型光纤传感器的典型代表。
1.3 光纤传感器的特点
光纤传感器的灵敏度高，电绝缘性及化学稳定性较好。光纤传感器不仅灵敏度高，而且本身也是一种高绝缘、化学性能稳定的物质，在电力系统及化学系统中得到了广泛应用，尤其试用于条件恶劣的环境，比如高压隔离的工作场地或者易燃易爆的井下工作。
光纤传感器的安全性能良好，抗电磁干扰能力强，且可分布式测量。光纤传感器是电无源的敏感元件，故应用于测量中时不存在漏电及电击等安全隐患。光在光纤中传播不会受到电磁噪声的影响，同时一根光纤可以实现长距离连续测控，并由此形成很大范围内的监测区域，提高对环境的检测水平。
光纤传感器使用寿命长，传输容量大，测量速度快。石英玻璃作为光纤的主要材料使得光纤传感器相对于金属传感器具有更大的耐久性。由于光的频率高，所容纳的频带宽，所以光纤传感器的传输容量大。光的传播速度最快且能传送二维信息，因此可用于高速测量。
2 光纤传感器的应用
2.1 在电力系统中的应用
近几年出现的分布式光纤传感器对大型电机的定子、转子内的温度检测和高压变压器等设备可以很好地发挥作用，同时也有效地解决了电力系统网络分布凌乱、结构复杂、情况不容易掌握等问题。分布式光纤温度传感器具有极高的定位精度和测量精度，可以完成光纤周围几公里内各点的温度测量，连续性强，实时能力较好。分布式光纤温度传感器具有很强的预警性，在突发事件发生时能够真实迅速地反映实际情况，打破了传统的局限性。
2.2 在城市建设中的应用
光导纤维传感器可以有效用于混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中，这种方式已经在隧道监测方面、桥梁监测方面以及边坡监测方面取得了良好的效果。众所周知，安全事故时常发生在土木施工中，不仅会带来大量的人员伤亡而且还会导致严重的经济损失。在建筑方面引进光导纤维传感器，它较高的精确性和远距离的测量能力为城建工作解决了困扰已久的上述问题。
2.3 光纤传感器在石油化工系统中的应用
一般的传感器在石油化工系统的井下很难开展工作，主要是由于井下高温高压，具有很严重的电磁波干扰和化学腐蚀。而光纤传感器体积小，自身不带电且抗干扰能力强，它以自身的独特优势可以很轻松地在井下开展工作。光纤传感器特别适合在狭小、易燃易爆的空间和具有强电磁波干扰的环境下使用，在油气勘探、测量油井参数等工作中，光纤传感器已经获得了大家的一致好评。
2.4 在医学方面的应用
光纤传感器体积小巧，抗干扰能力强，对生物体亲和性好，这些特点使光纤传感器在医学方面得到了广泛的应用。现在医学及生物传感器在医学上已经得到了广泛的推广。另外，光纤传感器以其独特的优势在压力测量、PH值测量、温度测量、医用图像传输还有血液速度测量等方面也发挥了重要作用。
3 光纤传感器的发展前景
光纤传感器在医学、建筑、石油勘测等方面已经树立了良好的口碑，在测量领域更是得到了广泛的应用。由于科学技术在不断更新，光纤传感器的体积会越来越小，整体会趋向于智能化、低功耗、实现无线传输和便于携带。虽然目前为止我国光纤传感器的生产厂家还很少，光纤传感器的发展还落后与其他发达国家，但是光纤传感器作为一种发展的新技术，已与我们息息相关，只要对其进行不断地创新研发，使其发挥出更大的科学价值，光纤传感器在我国的发展一定会蒸蒸日上。
4 结语
光纤传感器独特的能力使其在高电压和强电磁干扰的条件下都可以很好地发挥作用，它凭借着自身的优势已经成为传感器家族的佼佼者和不可缺少的一员。随着光纤传感器系统的日益成熟，它将在我们日常的生产和生活中发挥越来越大的作用！
参考文献
[1]王昊.关于光纤传感器的应用及发展方向探讨[J].科技天地.2013（32）.
[2]李彩.光纤传感器的原理及应用[J].科技创业家，2013（3）.
[3]尹林，杨熠.光纤传感器及其应用研究[J].电子制作，2013（8）.
作者单位
中国人民解放军91550部队 辽宁省大连市 116000
本文来源：http://www.zhuodaoren.com/shenghuo316700/
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