光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光信號經過光纖送入調制器，使待測參數與進入調制區的光相互作用后，導致光的光學性質（如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等）發生變化，成為被調制的信號源，在經過光纖送入光探測器，經解調后，獲得被測參數。
光纖傳感器原理
（1）物性型光纖傳感器原理，物性型光纖傳感器是利用光纖對環境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調制的光信號。其工作原理基于光纖的光調制效應，即光纖在外界環境因素，如溫度、壓力、電場、磁場等等改變時，其傳光特性，如相位與光強，會發生變化的現象。
因此，如果能測出通過光纖的光相位、光強變化，就可以知道被測物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型光纖傳感器。激光器的點光源光束擴散為平行波，經分光器分為兩路，一為基準光路，另一為測量光路。外界參數（溫度、壓力、振動等）引起光纖長度的變化和相位的光相位變化，從而產生不同數量的干涉條紋，對它的模向移動進行計數，就可測量溫度或壓等。
（2）結構型光纖傳感器原理，結構型光纖傳感器是由光檢測元件（敏感元件）與光纖傳輸回路及測量電路所組成的測量系統。其中光纖僅作為光的傳播媒質，所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。
光纖傳感器的特點
1、靈敏度較高；
2、幾何形狀具有多方面的適應性，可以制成任意形狀的光纖傳感器；
3、可以制造傳感各種不同物理信息（聲、磁、溫度、旋轉等）的器件；
5、而且具有與光纖遙測技術的內在相容性。
光纖傳感器的優點是與傳統的各類傳感器相比，光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質，具有光纖及光學測量的特點，有一系列獨特的優點。電絕緣性能好，抗電磁干擾能力強，非侵入性，高靈敏度，容易實現對被測信號的遠距離監控，耐腐蝕，防爆，光路有可撓曲性，便于與計算機聯接。
傳感器朝著靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的方向發展，它能夠在人達不到的地方（如高溫區或者對人有害的地區，如核輻射區），起到人的耳目作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
光纖傳感器的應用實例
正是由于光纖傳感器擁有如此之多的優點，使得其應用領域非常廣泛，涉及石油化工、電力、醫學、土木工程等諸多領域。
一、光纖傳感器在石油化工系統的應用
在石油化工系統中，由于井下環境具有高溫、高壓、化學腐蝕以及電磁干擾強等特點，使得常規傳感器難以在井下很好地發揮作用。然而光纖本身不帶電，體小質輕，易彎曲，抗電磁干擾、抗輻射性能好。特別適合于易燃易爆、空間受嚴格限制及強電磁干擾等惡劣環境下使用，因此光纖傳感器在油井參數測量中發揮著不可替代的作用，它將成為可應用于油氣勘探及石油測井等領域的一項具有廣闊市場前景的新技術。
1.1、光纖傳感器在油氣勘探中的應用
光纖傳感器由于其抗高溫能力、多通絡、分布式的感應能力，以及只需要較小的空間即可滿足其使用條件的特點，使得在勘探鉆井方面尤其獨特的優勢。
應用光纖傳感器可以制成井下分光計，分布式溫度傳感器及光纖壓力傳感器等適用于這種特殊作業要求的產品。
（1）井下分光計
流體分析儀如圖1所示，可用于了解初期開發過程中的原油組成成分。它由兩個傳感器合成：一個是吸收光譜分光纖，另一個是熒光和氣體探測器。井下流體通過地層探針被引入出油管，光學傳感器用于分析出油管內的流體。流體分析分光計則提供了原位井下流體分析，并對地層流體的評估加以改進。
（2）分布式溫度傳感器
光纖分布式溫度傳感器是井下應用最為流行的光纖傳感器。應用實例是監測注水蒸氣重油開采系統。蒸汽被注入重油層用以降低油的黏度，使稠油能夠開采出來。井下蒸汽溫度可高達250℃以上。
流體分析儀構造
圖1流體分析儀構造
（3）壓力傳感器
側孔光纖式壓力傳感器目前正在研發中，其主要致力于超高溫和井下壓力監測任務。
目前基于光纖傳感器已經出現其他商業產品，例如，用于多相流測量和分布式動態應變測量的光纖探針。其高可靠性和高效低耗的技術優勢是光纖產品在油田應用上取得成功的關鍵因素。
1.2、光纖傳感器在石油測井中的應用
石油測井是石油工業最基本和最關鍵的環節之一，壓力、溫度、流量等參量是油氣井下的重要物理量，通過先進的技術手段對這些量進行長期的實時監測，及時獲取油氣井下信息，對石油工業具有極為重要的意義。
光纖傳感器對電磁干擾不敏感而且能承受極端條件，包括高溫、高壓以及強烈的沖擊與振動，可以高精度地測量井筒和井場環境參數，同時，光纖傳感器具有分布式測量能力。可以測量被測量的空間分布，給出剖面信息。而且，光纖傳感器橫截面積小，外形短，在井筒中占據空間極小。而這些特性都是傳統的電子傳感器在井下的惡劣環境下所不具備的。
利用光纖傳感器可以進行井下流量測量、溫度測量、壓力測量、含水（氣）測量、密度測量、聲波測量等。
（1）流量測量
由于光的強度、相位、頻率、波長等特性在光纖傳輸的過程中會受到流量的調制，利用一定的光檢測方法把調制量轉換成電信號，就可以求出流體的流量，這就是光纖流量計的工作原理。
（2）溫度及壓力測量
分布式光纖測量系統（DTS）利用光纖后向拉曼散射的溫度效應，可以對光纖所在的溫度場進行實時監測，EFPI型（非本征型F-P干涉）、FBG型光纖傳感器為波長編碼型傳感器，具有靈敏度高、可同時測量壓力、溫度、應力等多個參量的特點。
光纖熱色溫度傳感器是由白光源、多模光纖組成的反射式溫度傳感器;光纖輻射式溫度傳感器利用黑體輻射能量，其非接觸，可測瞬問溫度，響應速度快，不需要熱平衡時間，可用于高溫測量;半導體吸收式光纖溫度傳感器利用其半導體材料的吸收邊波長隨著溫度的增加而向較長波長位移的特性，選擇適當的半導體發光二極管，使其光譜范圍正好落在吸收邊的區域，這樣透過半導體的光強就隨著溫度的增加而減少。
（3）含水（氣）率及密度測量
U型光纖的傳輸功率隨外界介質折射率變化而變化，光波作為信息載體，與混合流體電阻率、流型及水質無關，基于該原理的光纖持率/密度傳感器從本質上解決了現有持率存在的高含水無分辨率和放射性物質的應用問題，對于多相流體油、水、氣的折射率各不相同，因而混合流體的折射率會隨著油、水、氣比例的改變而改變。因此這種折射率調制型光纖傳感器不僅能測流體持率，可同時測流體密度，其精度較高。
（4）聲波測量
地震波在不同的介質中傳播，接收到的地震波波形就會不同，根據不同的地震波形態，可識別地層沉積序列和沉積構造，為儲層定位、判斷竄槽、檢測套管破損及斷裂、射孔層位及確定流體流量等。VSP地震測井，就是把檢波器放人井中，通過地面擊發的地震波或利用井中流體流動等產生的微震動，由井中的檢波器接收地震信號。永久井下光纖三分量地震測量具有高的靈敏度和方向性，能產生高精度的空間圖像，不僅能提供近井眼圖像，而且能提供井眼周圍地層圖像，測量范圍能達數千公里。它能經受惡劣環境條件，且沒有可移動部件和井下電子器件，能經受強的沖擊和震動，可安裝在復雜的完井管柱極小的空間
二、光纖傳感器在電力系統的應用
電力系統網絡結構復雜、分布面廣，在高壓電力線和電力通信網絡上存在著各種各樣的隱患，因此，對系統內各種線路、網絡進行分布式監測顯得尤為重要。
1、在高壓電纜溫度和應變測量中的應用
目前，國外（主要是英國、 日本 等）已利用激光喇曼光譜效應研制出分布式光纖溫度傳感器產品。而國內也在積極地開展這方面的研究工作。國內把分布式光纖溫度傳感技術引入電力系統電纜測溫的研究工作只是剛剛開始。
聯系到我國南方地區去年所遭受到的雪災來考慮，如果能在高壓電纜上并行地鋪設傳感光纜，對電力系統電纜、鐵塔等設施的溫度、壓力等參量進行實時測量，就能夠做到及時排險，從而盡可能減少經濟損失。可見，光纖傳感器在電力系統將具有廣泛的應用前景。
在理想情況下，光纖應被置于盡可能靠近電纜纜芯的位置，以更精確地測量電纜的實際溫度。對于直埋動力電纜來說，表貼式光纖雖然不能準確地反映電纜負載的變化，但是對電纜埋設處土壤熱阻率的變化比較敏感，而且能夠減少光纖的安裝成本。
2、在電功率傳感器中的應用
電功率是反映電力系統中能量轉換與傳輸的基本電量，電功率測量是電力計量的一項重要內容。隨著電力工業的迅速發展，傳統的電磁測量方法日益顯露出其固有的局限性，如電絕緣、電磁干擾、磁飽和等問題，因而人們一直在致力于尋找測量電功率的新方法。可以說光纖傳感器的出現給人們解決這一問題帶來了福音。
光纖電功率傳感器的主要特點是：由于電功率傳感同時涉及電壓、電流2個電量，因而通常需要同時考慮電光、磁光效應，同時利用2種傳感介質或1種多功能介質作為敏感元件，這使得光纖電功率傳感頭的結構相對復雜;光纖電功率傳感器的光傳感信號中有時同時包含電壓、電流信號，因此其信號檢測與處理方法也將比較復雜。
3、在電力系統光纜監測中的應用
電力系統光纜種類繁多，加之我國地域廣闊，各地環境差異很大，所以光纜的環境也很復雜，其中溫度和應力是影響光纜性能的主要環境因素。因此，在監測光纖斷點的同時也對光纜所處溫度和應力情況進行監測，可見對光纜的故障預警及維護意義深遠。
通過測量沿光纖長度方向的布里淵散射光的頻移和強度，可得到光纖的溫度和應變信息，且傳感距離較遠，所以有深遠的工程研究價值。
基于布里淵光時域反射（BOTDR）的分布式光纖傳感系統，采用相干檢測技術，系統原理如圖1所示。
基于BOTDR傳感系統原理
圖1基于BOTDR傳感系統原理
BOTDR光纖傳感系統測量的是光纖的自發布里淵散射信號，其信號強度非常微弱，但可以采用相干檢測技術提高系統信噪比。這種方案可單光源、單端工作，系統簡單，實現方便，而且可同時監測光纖斷點、損耗、溫度和應變。
三、傳光光纖傳感器在醫學方面的應用
在醫學中的應用醫用光纖傳感器目前主要是傳光型的。以其小巧、絕緣、不受射頻和微波干擾、測量精度高及與生物體親合性好等優點備受重視。本文將主要介紹傳光光纖在壓力測量、血流速度測量、pH值測量三個方面的應用。此外，它還可以應用于測量溫度和醫用圖像傳輸上面。
1、壓力測量
目前臨床上應用的壓力傳感器主要用來測量血管內的血壓、顱內壓、心內壓、膀胱和尿道壓力等。用來測量血壓的壓力傳感器示意見圖1。其中對壓力敏感的部分是在探針導管末端側壁上的一塊防水薄膜，一面帶有懸臂的微型反射鏡與薄膜相連，反射鏡對面是一束光纖，用來傳遞入射光到反射鏡，同時也將反射光傳送出來。當薄膜上有壓力作用時。薄膜發生形變且能帶動懸臂使反射鏡角度發生改變，從光纖傳來的光束照射到反光鏡上，再反射到光纖的端點。由于反射光的方向隨反射鏡角度的變化而改變，因此光纖接收到的反射光的強度也隨之變化。這一變化通過光纖傳到另一端的光電探測器變成電信號，這樣通過電壓的變化便可知探針處的壓力大小。
圖1光纖體壓計探針
2、血流速度測量
多普勒型光纖速度傳感器測量皮下組織血流速度的示意見圖2此裝置利用了光纖的端面反射現象，測量系統結構簡單。
光纖體壓計探針
圖2光纖體壓計探針
發光頻率為f的激光經透鏡，光纖被送到表皮組織。對于不動的組織，例如血管壁，所反射的光不產生頻移;而對于皮層毛細血管里流速為的紅細胞，反射光要產生頻移，其頻率變化為△f;發生頻移的反射光強度與紅細胞的濃度成比例，頻率的變化值可與紅細胞的運動速度成正比。發射光經光纖收集后，先在光檢測器上進行混頻，然后進人信號處理儀，從而得到紅細胞的運動速度和濃度。
3、pH值測量
用來測定活體組織和血液值pH光纖光譜傳感器示意圖，如圖3所示。其工作原理是利用發射光、透射光的強度隨波長的分布光譜來進行測量。這種傳感器將兩根光纖插入可透過離子的纖維素膜盒中。膜盒內裝有試劑，當把針頭插入組織或血管后，體液滲入試劑，導致試劑吸收某種波長的光。用光譜分析儀測出此種變化，即可求得血液或組織的pH值。
測定pH值的光纖光譜儀
圖3測定pH值的光纖光譜儀