光纤传感器应用及技术发展[论文]

浅析光纤传感器的应用及技术发展

【摘要】本文根据光纤传感器的基本构成及原理，分析了光纤传感器的一些重要应用，以及我国的光纤传感器的研究现状和发展方向。

【关键词】光纤传感器应用发展

光纤通信、卫星通信和无线电通信是现代通信网的三大支柱，其中光纤通信是主体，光纤传感器随着光纤通信技术的实用化有了迅速发展，且以体积小、重量轻、检测分辨率高、灵敏度高、测温范围宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等明显优于传统传感器的特点，广泛应用于工业生产、医疗卫生、国防工程等重要部门。随着密集波分复用dwdm技术、掺饵光纤放大器edfa技术和光时分复用otdr技术的发展和成熟，光纤通信技术正向着超高速、大容量通信系统的方向发展，并且逐步向全光网络演进。当前，世界上光纤传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光纤技术的日趋成熟，对光纤传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。

1 光纤传感器的基本构成及原理

光纤传感器由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光探测器及解调器组成。其基本原理是将光源的光经入射光纤送入调制区，光在调制区内与外界被测参数相互作用，使光的光学性质（如强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生化学变化而成为被调制的信号光，再经出射光纤送入光探测器、解调器而获得被测参数。光纤传

感器按传感原理可分为两类，一类是传光型（或称非功能型）传感器，另一类是传感型（或称功能型）传感器。在传光型纤传感器中，光纤仅作为光的传输媒质，对被测信号的感觉是靠其它敏感元件来完成的，这种传感器中出射光纤和入射光纤是不连续的，两者之间的调制器是光谱变化的敏感元件或其它性质的敏感元件。在传感型光纤传感器中光纤兼有对被测信号的传输作用，将信号的“感”和“传”合而为一，因此这类传感器中光纤是连续的。

2 光纤传感器的应用

光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济的所有重要领域和入们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了许多行业多年来一直存在的技术难题，具有很大的市场需求。主要表现在以下几个方面。

（1）城市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的应用。在混凝土中嵌入光纤传感器或加强性光纤凝结物；在飞机场用干涉型光纤震动传感器系统监测交通。（2）在电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等，由于电类传感器易受强电磁场的干扰，无法在这些场合中使用，只能用光纤传感器。（3）在石油化工系统、矿井、大型电厂等，需要检测氧气、碳氢化合物、co等气体，采用电类传感器不但达不到要求的精度，更严重的是会引起安全事故。因此，研究和开发高性能的光纤气敏传感器，可以安全有效地实现上述检测。（4）在环境监测、临床医学检测、食品安全检测等方面。

（5）医学及生物传感器。

3 国内光纤传感器的发展方向

3.1 光纤传感器的研究状况

由于光纤传感器应用的广泛性及其广阔的市场，其研究和开发在世界范围内引起了高度的重视，各国更是竞相研究开发并引起激烈的竞争。美国是研究光纤传感器起步最早、水平最高的国家，在军事和民用领域的应用方面，其进展都十分迅速。在军事应用方面，研究和开发主要包括：水下探测的光纤传感器、用于航空监测的光纤传感器、光纤陀螺、用于核辐射检测的光纤传感器等。美国也是最早将光纤传感器用于民用领域的国家。如运用光纤传感器监测电力系统的电流、电压、温度等重要参数，监测桥梁和重要建筑物的应力变化，检测肉类和食品的细菌和病毒等。我国在20世纪70年代末就开始了光纤传感器的研究，其起步时间与国际相差不远。目前，已有上百个单位在这一领域开展工作，这些单位在光纤温度传感器、压力计、流量计、液位计、电流计、位移计等领域进行了大量的研究，取得了上百项科研成果，其中相当数量的研究成果具有很高的实用价值，有的达到世界先进水平。与发达国家相比，我国的研究水平还有不小的差距，主要表现在商品化和产业化方面，大多数品种仍处于实验室研制阶段，不能投入批量生产和工程化应用。

3.2 光纤传感器的技术发展方向

光纤传感技术及其相关技术的迅速发展，满足了各类控制装置及

系统对信息的获取与传输提出的更高要求，使得各领域的自动化程度越来越高，作为系统信息获取与传输核心器件的光纤传感器的研究非常重要。目前，光纤传感器技术发展的主要方向是：（1）多用途。即一种光纤传感器不仅只针对一种物理量，要能够对多种物理量进行同时测量。（2）提高分布式传感器的空间分辨率、灵敏度，降低其成本，设计复杂的传感器网络工程。注意分布式传感器的参数，即压力、温度，特别是化学参数（碳氢化合物、一些污染物、湿度、ph值等）对光纤的影响。（3）新型传感材料、传感技术等的开发。（4）在恶劣条件下（高温、高压、化学腐蚀）低成本传感器（支架、连接、安装）的开发和应用。（5）光纤连接器及与其它微技术结合的微光学技术。

4 结语

光纤传感技术经过20余年的发展也已获得长足的进步，出现了很多实用性的产品，然而实际的需要是各种各样的，光纤传感技术的现状仍然远远不能满足实际需要，还有许多有待研究的课题：（l）传感器的实用化研究。提高传感系统，尤其是传感器的性价比；（2）传感器的应用研究。在现有的科研成果基础上，大力开展应用研究和应用成果宣传；（3）新传感机理的研究，开拓新型光纤传感器；（4）传感器用特殊光纤材料和器件的研究。例如：增敏和去敏光纤、荧光光纤、电极化光纤的研究等。这些将是以后传感器进一步发展的趋势。

参考文献：

[1]郑宏军.两种典型的光纤传感器研究现状和发展趋势[j].传感技术学报，2011（4）.

[2]何慧灵，赵春梅，陈丹等.光纤传惑器现状田.激光与光电子进展，2010.（3）.