光纖傳感的原理及發展前景

三十多年以來，光纖傳感器充分利用其自身*優勢不斷加大科學研究、技術開發和商業應用，已在范圍內取得巨大成功。 一、傳感器的概念及優點 　　(1)傳感器的概念 　　傳感器是把一個物理量、電氣量或其他量的值或其變化轉換成一個可以通過觀察或由儀器輸出信號的器件、設備或系統。可以感應到的參量有如：溫度、壓力、應變、速度、轉動、光和輻射、電、磁、聲、氣體和化學品、周圍物體等。 　　幾乎材料所有的物理特性，能在某些激勵下產生變化，都可用于構成傳感器。廣泛使用的傳感器包括：電阻、電感、電容、半導體、光電、壓電、機械和MEMS等。 　　(2)光纖傳感器的優點 　　1 電氣絕緣； 　　2 抗電磁干擾； 　　3 沒有對電力的需要； 　　4 固有安全性； 　　5 能用于許多特殊工作環境； 　　6 能進行遠程和多通道復用操作； 　　7 體積小，重量輕； 　　8 集成遙測，光纖本身是數據傳輸通道； 　　9 寬的帶寬； 　　10 高靈敏度。 二、光纖傳感器原理元件及系統 　　1.光纖傳感器基本類型 　　光纖傳感器有兩個基本類型： 　　（a）本征（功能）型光纖傳感器，感應信號由光纖本身產生； 　　（b）非本征（導光 ）型光纖傳感器，需要外加傳感器提供感應信號，光纖用作光信號傳輸。 2.光纖傳感器的類型 　　（a）本征（功能）型光纖傳感器 　　光纖陀螺儀、光纖光柵、光纖干涉傳感器、微彎光纖傳感器、黑體傳感器。 　　（b）非本征（導光 ）型傳感器 　　光時域反射計、光頻域反射計、 法布里-珀涉儀、全內反射傳感器、光柵傳感器、熒光傳感器、吸收傳感器、多點式傳感器WDM系統。 　三、光纖傳感器應用 　　(1)光纖傳感器的分類 　　光纖傳感器按其響應的環境參量分類： 　　溫度光纖傳感器、壓力光纖傳感器、聲學光纖傳感器（如水聽 器）、應變光纖傳感器、位移光纖傳感器、旋轉光纖傳感器（如光纖陀螺）、振動光纖傳感器電，磁光纖傳感器（如電流光纖互感器）、氣體和化學光纖傳感器、生物和醫學光纖傳感器。 　　(2)光纖傳感器的應用 　　1 石油和天然氣：油藏監測井下的P / T傳感、地震陣列、能源工業、發電廠、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：噴氣發動機、火箭推進系統、機身； 　　3 民用基礎建設：橋梁、大壩、道路、隧道、滑坡； 　　4 交通運輸：鐵路監控、運動中的重量、運輸安全； 　　5 生物醫學：醫用溫度壓力、顱內壓測量、、一次性探頭。 　　四、光纖布拉格光柵（FBG） 　　采用位相掩模制造FBG 　　纖芯是共摻硼和本征光敏的，無需載氫。纖芯的尺寸是與通信光纖兼容的。采用此光纖，1nm寬和15mm長的透射光柵可以在幾分鐘內被準分子激光脈沖（10Hz，0.5 J/cm2，248nm）寫入。 　　現在我們處在信息時代，建設智能社會需要*的傳感系統！光纖傳感是傳感器家族中一員新秀，前程尚難以估量。當前光纖傳感器市場是零散的，但多數應用具有共同的技術基礎，許多器件和系統已進入商用階段，*逐年擴大。市場已從2009年的衰退開始復蘇，普遍的共識是年增長率將在10％至25％的范圍內。 推動光纖傳感器增長的主要因素為： 　　1 對石油和天然氣日益增長的需求； 　　2 迫切探求替代能源； 　　3 建立高度周邊和國土安全； 　　4 智能基礎設施； 　　5 政府支援撥款。 　　發展光纖傳感器的挑戰因素有： 　　1 非光子技術競爭（MEMS，無線等）； 　　2 盡快對產品標準的制定； 　　3 成本因子。 　　五、宏觀經濟環境 　　與傳統的機電和電子傳感器相比，光纖傳感器有著一系列*的優點。尤其是分布式光纖傳感器在大型建筑工程、橋梁隧道、鐵道公路、油氣管道、結構健康管理（監控）（SHM）等方面的應用幾乎是無二的，是其他類型傳感器的。從目前光纖傳感器已取得的成就來看，未來光纖傳感器應用規模恐怕尚無法估量。 　　，光纖通信在不長的時間內，幾乎*戰勝了傳統的銅線通信。其實對光纖來說，目前只是開發和利用了石英光纖優良的傳光特性。而光纖傳感器不僅利用光纖的傳光特性，更利用了光纖對環境參數的敏感特性。其實，光纖還有許多特性正在利用或尚未利用，例如光纖放大器、光纖激光器、光纖功率傳輸、光纖信號處理。 　　毫無疑問，*可以相信繼光纖通信后，光纖傳感器將是光纖技術領域又一新興產業正在迅速崛起，并且相信未來將會有更多的光纖新興產業出土、開花、結果。