光纖傳感器發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向

光纖傳感器發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)市場上，應用最為廣泛的光纖傳感技術(shù)當屬布拉格光纖光柵和基于光時域反射的分布式傳感器，這種技術(shù)基本上可以滿足中低端市場的需求。而現(xiàn)在光譜線寬窄至2kHz的單頻光纖激光器及其引申出來的最新一代光傳感技術(shù)，這與傳統(tǒng)的光纖傳感有很大的區(qū)別,它可以進行超遠距離的傳輸，精度和敏感度能達到更高的要求，這在高端市場上需求很大，21實際初，該項技術(shù)在國內(nèi)尚處于立項和預研階段。國內(nèi)市場上光纖傳感器應用主要在以下四種：光纖陀螺、光纖光柵傳感器、光纖電流傳感器和光纖水聽器。下面對這四種產(chǎn)品分別介紹一下。

一、光纖陀螺。 光纖陀螺按原理可分為干涉型、諧振型和布里淵型，這是三代光纖陀螺的代表。第一代干涉型光纖陀螺，21實際初期，該項技術(shù)就已經(jīng)成熟，適合進行批量生產(chǎn)和商品化；第二代諧振型光纖陀螺，暫時還處于實驗室研究向?qū)嵱没七M的發(fā)展階段；第三代布里淵型，它還處于理論研究階段。光纖陀螺結(jié)構(gòu)根據(jù)所采用的光學元件有三種實現(xiàn)方法：小型分立元件系統(tǒng)、全光纖系統(tǒng)和集成光學元件系統(tǒng)。21世紀初期，分立光學元件技術(shù)已經(jīng)基本退出，全光纖系統(tǒng)用在開環(huán)低精度、低成本的光纖陀螺中，集成光學器件陀螺由于其工藝簡單、總體重復性好、成本低，所以在高精度光纖陀螺很受歡迎，是其主要實現(xiàn)方法。

二、光纖光柵傳感器。 目前國內(nèi)外傳感器領(lǐng)域的研究熱點之一光纖布拉格光柵傳感器。傳統(tǒng)光纖傳感器基本上可分為兩種類型：光強型和干涉型。光強型傳感器的缺點在于光源不穩(wěn)定，而且光纖損耗和探測器容易老化；干涉型傳感器由于要求兩路干涉光的光強同等，所以 需要固定參考點而導致應用不方便。21實際初期開發(fā)的以光纖布拉格光柵為主的光纖光柵傳感器可以避免出現(xiàn)上面兩種情況，其傳感信號為波長調(diào)制、復用能力強。在建筑健康檢測、沖擊檢測、形狀控制和振動阻尼檢測等應用中，光纖光柵傳感器是最理想的靈敏元件。光纖光柵傳感器在地球動力學、航天器、電力工業(yè)和化學傳感中有廣泛的應用。

三、光纖電流傳感器。電力工業(yè)的迅猛發(fā)展帶動電力傳輸系統(tǒng)容量不斷增加，運行電壓等級也越來越高，電流也越來越大，這樣測量起來就非常困難，這就顯現(xiàn)出光纖電流傳感器的優(yōu)點了。在電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的用來測量電流的傳感器是以電磁感應為基礎，這就存在以下缺點：它容易爆炸以至引起災難性事故；大故障電流會造成鐵芯磁飽和；鐵芯發(fā)生共振效應；頻率響應慢；測量精度低；信號易受干擾；體積重量大、價格昂貴等等，已經(jīng)很難滿足新一代數(shù)字電力網(wǎng)的發(fā)展需要。這個時候光纖電流傳感器應運而生。

四、光纖水聽器。 光纖水聽器主要用來測量水下聲信號，它通過高靈敏度的光纖相干檢測，將水聲信號轉(zhuǎn)換為光信號，并通過光纖傳至信號處理系統(tǒng)進行識別。與傳統(tǒng)水聽器相比，光纖水聽器具有靈敏度高、響應帶寬寬、不受電磁干擾等特點，廣泛用于軍事和石油勘探、環(huán)境檢測等領(lǐng)域，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α９饫w水聽器按原理可分為干涉型、強度型、光柵型等。干涉型光纖水聽器關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成熟，在部分領(lǐng)域形成產(chǎn)品；光纖光柵水聽器則是當前研究的熱點，研究的關(guān)鍵技術(shù)涉及光源、光纖器件、探頭技術(shù)、抗偏振衰落技術(shù)、抗相位衰落技術(shù)、信號處理技術(shù)、多路復用技術(shù)以及工程技術(shù)等。

光纖傳感器技術(shù)是建立在光纖、光通信和光電子技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的，電磁干擾和腐蝕作用對它的影響很小，還能適應各種惡劣的氣象環(huán)境，不要額外的電源進行供電，就可以長距離的進行傳輸，已成為傳感器行業(yè)的研究熱點。

傳感器一直朝著靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過程中，光纖傳感器這個傳感器家族的新成員倍卻是倍受青睞。

光纖具有很多優(yōu)異的性能，例如：抗電磁干擾和原子輻射的性能。光纖傳感器應用于對磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉(zhuǎn)矩、光聲、電流和應變等物理量的測量。其應用范圍十分廣泛。因此我們可以說光纖傳感器具有很大的市場需求，不說長久，至少在未來5年，光纖傳感器將會有廣闊的發(fā)展前景。

光纖傳感技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，滿足了各類控制裝置及系統(tǒng)對信息的獲取與傳輸提出的更高要求，使得各領(lǐng)域的自動化程度越來越高，作為系統(tǒng)信息獲取與傳輸核心器件的光纖傳感器的研究非常重要。

光纖傳感器技術(shù)發(fā)展的主要方向是：

（1）多用途。即一種光纖傳感器不僅只針對一種物理量，要能夠?qū)Χ喾N物理量進行同時測量。

（2）提高分布式傳感器的空間分辨率、靈敏度，降低其成本，設計復雜的傳感器網(wǎng)絡工程。注意分布式傳感器的參數(shù)，即壓力、溫度，特別是化學參數(shù)（碳氫化合物、一些污染物、濕度、PH值等）對光纖的影響。

（3）新型傳感材料、傳感技術(shù)等的開發(fā)。

（4）在惡劣條件下（高溫、高壓、化學腐蝕）低成本傳感器（支架、連接、安裝）的開發(fā)和應用。

（5）光纖連接器及與其它微技術(shù)結(jié)合的微光學技術(shù)。

光纖傳感運用主要分為五大方向:

（1）石油和天然氣——油藏監(jiān)測井下的P/T傳感、地震陣列、能源工業(yè)、發(fā)電廠、鍋爐及蒸汽渦輪機、電力電纜、渦輪機運輸、煉油廠；

（2）航空航天——噴氣發(fā)動機、火箭推進系統(tǒng)、機身；

（3）民用基礎建設——橋梁、大壩、道路、隧道、滑坡；

（4）交通運輸——鐵路監(jiān)控、運動中的重量、運輸安全；

（5）生物醫(yī)學——醫(yī)用溫度壓力、顱內(nèi)壓測量、微創(chuàng)手術(shù)、一次性探頭。