探究光纤传感技术的应用与发展

探究光纤传感技术的应用与发展
发布时间：2021-11-02T06:30:16.952Z 来源：《科学与技术》2021年7月21期作者：张冬梅[导读] 在国内科技持续进步的过程中，
张冬梅
中国人民解放军海军七〇一工厂 100015
摘要：在国内科技持续进步的过程中，光纤传感技术在众多领域发挥出了良好的应用效果，如军事领域、工程领域等。

本文首先对光纤传感技术的概念进行了论述，并基于光纤的结构与分类，对光纤传感技术的应用与发展进行研究和分析。

关键词：光纤传感技术；结合与分类；应用与发展
引言：光纤具有灵敏度高、抗干扰强等特点，而光纤传感技术的发展得益于光电技术的进步，其也凭借自身的优势受到了各大领域的重视，国内外许多学者也加入到了光纤传感技术的研究行列。

光纤传感技术具有大动态、高精度的优点，尤其是在我国国际地位不断提升的过程中，诸如军事、航空航天、化工等领域的发展，都需要用到光纤传感技术，因此加强对光纤传感技术的研究具有非常重要的意义。

一、光纤的结构与分类
（一）光纤的结构分析
光纤即光导纤维，市面上目前比较流行的光纤主要材质为高纯度石英比例，其中会含有少量的磷、硼等杂质。

光导纤维纤芯的主要材料为石英纤维，而包层的主要材料则为玻璃、涂覆层的主要材料是聚氨基甲酸酯、护套的主要材料一般是尼龙材料。

通常情况下，光纤是由包层与纤芯构成，其中纤芯主要负责信号的传输。

包层和纤芯的折射率存在差异，而将信号封闭在纤芯当中，能够起到对信号的保护作用，信号传输的安全性较高[1]。

在实际使用的过程中，通常需要将许多光纤进行固定，最终会形成光缆。

（二）光纤的分类研究
如果以光纤横截面上的折射率为分类标准，则可以将光纤分成渐变型和阶跃型两种类型。

其中阶跃型的光纤折射率通常是一个常数，在交界面上折射率可能会发生突变。

渐变型的光纤，其折射率会在纤芯半径不断增大的情况下适当减小，因此渐变型光纤折射率的变化大体呈现出抛物线形状。

如果以传输模式为分类标准，则可以将光纤分成多模和单模两种。

当光对光纤形成折射以后，会在包层与光纤之间发生全反射，使得光能够在光纤中进行传播。

在光纤直径比较大的情况下，光能够从各个角度射入光纤并进行传播，所以这种光纤通常被定义为多模光纤。

而在光纤直径比较小的情况下，只允许光从一个角度射入，我们则可以将这种光纤定义为单模光纤[2]。

在这两种光纤中，多模光纤在传输信号的过程中抗干扰性较差，并且在容量与带宽上比不上单模光纤，因此在现实生活中单模光纤的应用频率更高。

二、光纤传感技术的特点
（一）精度高
光纤传感技术的应用，主要是将光当成信息传输的载体，具备光学测量高灵敏度的特点，能够进行某些精密度测量。

（二）抗电磁干扰
光纤传感技术应用过程中，主要是将光纤当成信息传递的媒介，而传输的信号则为光信号，所以能够抵抗外界电磁干扰，尤其是在强辐射、强磁场等环境下光纤传感技术有良好的应用效果。

（三）使用寿命长
光纤主要是由石英材料制成，而包层则是由高分子材料制成，所以和金属传感器相比，光纤的耐久性更强，使用寿命更长。

（四）可分布式测量
使用光纤能够进行长距离连续性测量，并且凭借光纤的优势还能够形成连续性、大范围的监测区域。

三、典型光纤传感技术
（一）分布式光纤传感技术
该技术主要是将光纤当成信号传输介质，主要以光纤为传感敏感元件，光信号可以顺着光纤铺设路线进行测量，并在最短的时间内获取测量区域内的各项信息。

分布式光纤传感技术适用于大范围、连续性、长距离的传感，是我国光纤传感技术未来重点研究的一个方向。

（二）光纤光栅传感技术
光纤光栅传感技术主要用于浓度、温度、磁场、电压、电流等方面的传感，被测量对象作用于光纤光栅上会发生其透射谱和反射谱会发生相应的变化，从而得到可靠的测量数据[3]。

该技术的优点在于能够组成阵列传感系统从而进行分布式传感。

（三）维纳光纤传感技术
该技术所应用的光纤直径与传输光波长相近甚至更小，具有尺寸小、直径均匀等特点，反应速度、灵敏度非常高。

在应用该技术的过程中，即便是测量对象发生极其微小的变化，都能够通过发光、色散、散射等方式改变传输光的特性，从而导致输出光的相位、强度产生相应的变化，从而测量出准确的信息并利用光纤进行传输。

四、光纤传感技术的应用分析
（一）在化工行业中的应用
随着国内经济的迅速发展，光纤传感技术在化工生产中有着良好的运用效果。

尤其是在石油生产过程中，能够对石油开采系统中的一氧化碳、碳氢化合物、氧气等物质进行实时监测，与传统的金属传感器相比，无论是在使用要求还是在监测精度上，光纤传感器都更具优势，能够有效降低石油开采过程中发生安全事故的概率。

所以具有高灵敏度、高性能的光纤传感技术在对油井温度、压力变化进行测试的过程中有着极其重要的意义。

并且光纤传感技术在环境监测、食品安全监测等方面，也有着非常广阔的市场前景。

（二）在军事领域中的应用
在经济与科技的双重推动下，光纤传感技术在军事领域中发挥出了巨大的效果，对提高军事安全有着非常重要的意义。

光纤传感技术凭借其高频宽、高带宽的特点，同时建设光纤网络警戒系统的方式，已经成为国防军事的重点研究对象，我国目前也逐渐极大了光纤传感技术的研究和推广力度，期待光纤传感技术未来在我国军事领域中发挥出更大的价值[4]。

（三）在航空航天领域中的应用
随着计算机技术的发展，光纤传感技术逐渐被应用到了航空航天领域，并在短期内取得了瞩目的成就。

比如美国在民航机中应用的陀螺仪、日本在研发无人机的过程中使用了光纤传感技术。

光纤传感技术在航空航天领域中的应用，提高了航空航天领域的安全性，在未来有着非常广阔的前景。

（四）在地质工程中的应用
随着科技的不断进步，光纤传感技术针对复杂岩土、地质工程的监测体现出了巨大的价值。

比如在对渗流场、温度场、应力场等进行监测。

在实际应用过程中，主要是利用光纤传感技术的二维、三维变形监测推动了对该技术的推广，使得地质工程中信息监测的误差得到了降低，进而更好的推动了地质工程的发展。

五、光纤传感技术发展的主要方向
光纤传感技术的发展，能够满足各类装置、系统对于信息监测、传输的要求，进一步促进了各领域自动化水平的提升，因此对光纤传感器这一信息获取、传输的系统核心器件进行研究是极其重要的。

从目前的情况来看，光纤传感技术的发展，大致可以分成以下几个方向：（1）单个光纤传感器不再只针对单一的物理量，而是可以同时对多个物理量进行测量；（2）分布式传感器的灵敏度以及空间分辨率得到大幅度提升，同时光纤传感器的设计、开发和使用成本大幅度降低，未来需要重视分布式传感器的温度、压力，尤其是化学参数等对光纤的影响；（3）未来将开发出新的传感材料，传感技术将得到进一步创新；（3）在高压、高温、腐蚀等恶劣条件下，高成本传感器将朝着低成本传感器的方向转化；（5）光纤连接器包括其他微技术，如微机械、喷镀薄膜等技术，将融合形成一种微光学技术，实现光纤传感技术在未来的新突破。

结语：新时期，我国持续加强了对光纤传感技术的研究与应用，推动着光纤传感技术朝着网络化、数据化的方向进步，并在军事、工程、航空航天等领域中发挥出了巨大的作用。

我国在未来还应当持续加强对光纤传感技术的研究，争取在技术上取得新突破，从而更好的引领社会、经济进步。

参考文献
[1]彭兴会.光纤传感技术在边坡监测中的应用与发展[J].信息通信,2015(12):103-104.
[2]杜志泉,倪锋,肖发新.光纤传感技术的发展与应用[J].光电技术应用,2014,29(06):7-12+17.
[3]贾琦.光纤传感技术的发展及应用[J].中国包装工业,2014(08):73.
[4]张森,王臻,刘孟华,周琦.光纤传感技术的发展及应用[J].光纤与电缆及其应用技术,2007(03):1-3+8.。