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前言：光纤传感取代电传感以呈大势所趋，而目前市场上的光纤传感绝大部分都是基于光波分复用（OWDM）的准分布式传感原理以及尚处于科研阶段的时域分布式（OTDR）光纤传感技术。可是两者都受制于各自的缺陷离大规模市场应用尚待时日，尤其是在更高要求的传感领域更是无法实现。
本文所介绍的光纤传感技术起源于激光雷达的FMCW原理，采用相干探测进行检测，利用光纤本身进行直接传感，完全可以构建低成本的分布式传感网络，完成超远距离、超高精度和超低噪声的实时监控，可广泛用于国防、石油勘探和安保等各个传感领域。
光纤传感
受电信、半导体和消费电子行业的推动，光电技术和光纤技术在20世纪90年代取的了巨大进展。尽管这些行业在近几年遭受很多阻力而陷入低谷，但是其中很多先进技术却在其它行业比如光纤传感得到了全面发展，呈现出另一番春天气息。光纤传感由于集成了在光纤技术、激光技术和光电探测等多领域所取得的巨大成就表现出极具活力和发展前途。同时，由于各相关光电子制造的成熟，它们的成本也大幅降低，大力推进了光纤传感的发展。
光纤传感比传统电子传感体积小、重量轻，但是它们传感速度更快、更敏感，拥有更宽的带宽。这根本的原因是它传感和传播的信号是要比电子好得多的光子，这使得单根光纤就可以构建成一个分布式或阵列式的传感网络，可以扩宽传感面积把探测到的光信号传播到远端。稍作改进，光纤本身就能够制作成许多光信号传播的器件（比如分束器、合束器、复用器，过滤器和延时线路），从而形成全光纤化的测量系统。
另外，由于光纤材料是绝缘的玻璃或塑料，使得光纤传感是抗电磁干扰的，因此它能够在十分接近巨大电器设备附近比如发动机、发动机稳定工作，它也能够大大降低雷电对传感器带来的可能破坏。同样地，由于光纤传感不会产生热量和火花，它在很多危险的环境下都很完全，比如在炼油厂、粮仓、矿井以及化学加工厂。标准的玻璃光纤在许多腐蚀性的环境和230℃温度下都不会失去性能，特种光纤甚至能够在温度高达650℃ 下也能正常工作。
光纤传感的种类
光纤作为一种物理媒介，很多因数都可以改变它的几何参数（如尺寸、形状）和光学参数（如折射率、模式）。然而不同于力求减少外部影响的光通讯应用，光纤传感反而是故意增强和测量这些外部因数对光纤的影响。光纤传感按探测外部扰动方式可分为外部传感与内部传感。
在外部传感系统里，光纤只是充当一个传输和接收光信号的通道。光纤外界的信号变化通常都控制在一个范围之内，在这个范围内的一个外部环境变化将会改变输入光子的已知参数。
内部传感器是光纤一体化的系统，外界环境的扰动会直接影响光纤本身从而使得在其内传输的光信号造成某种可被测量的变化。这种传感器一般比外部传感器敏感得多，因此它们更容易去探测外部未知的扰动。这种全光纤化的传感器在几何结构上更加灵活，并且大大简化了传感与传输元件的连接。但是内部传感器通常是比较昂贵的，也要求更复杂的信号解调设备。
典型的外部传感应用包括了在航天器上的线性和角度定位系统或者流程控制，它们主要是来监控温度、压力、液位和流速。内部传感器更多是应用在测量旋转、应变、声音和振动。
光纤传感饿也可按调制方式分为：幅度调制、偏振调制、相位调制和频率调制。它们大多数是在光纤敏感部位从环境影响或外部扰动来获取数据，这些外部变化改变光信号一个或多个参数来从而达到调制光信号的目的。我们可以比较从敏感部位返回来的调制光与它们原来的信号光来读取测量数据。
比较而言，强度或非相干传感器比较简单，相位和频率调制传感器能够达到更好的敏感度和精度。因为相位或频率探测是依赖于高精度的相干技术，基于这种原理工作的传感器就叫着相干传感器，这种传感器通常基于外差探测或相干探测技术。
目前大多数光纤传感都是“点式传感”，测量范围都是局限在一些离散的区域，一般都要增加很多传感单元来扩展它的测量范围。成本、复杂性以及它的脆弱都限制了这种传感技术的广泛应用。而能够覆盖整个光纤长度的可连续传感的“分布式传感技术”自然受到了市场的重视与青睐。
分布式传感技术
绝大多数分布式传感器都是基于光时域反射（OTDR）技术，该系统的基本原理就是探测、分析反射回来的短脉冲光，但是它通常都无法解决动态距离和空间精度之间的矛盾。削短耦合进光纤中的光脉冲以及加宽测量带宽都能够提高空间精度，但是它也会同时增加信号噪声和降低测量的距离。
一个被实际应用证明最可行的代替OTDR的分布式传感技术的就是在借用雷达应用中的相干频率调制连续波技术（FMCW），它的基本原理是激光器围绕激光的中心频率不断调制，通过耦合一部分光进入一个参考臂起本机振动器的作用，另一根长距离的光纤起着传感单元的作用。从传感部位反射回来的光信号与来自本机振动器上的光一起干涉产生一个拍频，来自远处的传感的信息就可以在光谱分析仪上测量光电流的的拍频可以解读，这种相干探测能够容易地取得-100dB的敏感度。同时，光电流的拍频信号与返回来的激光功率和本机振动光束的平方根成正比，本机振动光还有利于放大探测信号。 |
