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15
2021
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09
光纖傳感器的發(fā)展前景
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【概要描述】光纖傳感器的發(fā)展前景
光纖傳感器的發(fā)展前景
國內(nèi)市場(chǎng)上，應(yīng)用最為廣泛的光纖傳感技術(shù)當(dāng)屬布拉格光纖光柵和基于光時(shí)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(chǎng)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(jìn)行超遠(yuǎn)距離的傳輸，精度和敏感度能達(dá)到更高的要求，這在高端市場(chǎng)上需求很大，21世紀(jì)初，該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)尚處于立項(xiàng)和預(yù)研階段。國內(nèi)市場(chǎng)上光纖傳感器應(yīng)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(duì)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(shí)際初期，該項(xiàng)技術(shù)就已經(jīng)成熟，適合進(jìn)行批量生產(chǎn)和商品化;第二代諧振型光纖陀螺，暫時(shí)還處于實(shí)驗(yàn)室研究向?qū)嵱没七M(jìn)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(xué)元件有三種實(shí)現(xiàn)方法:小型分立元件系統(tǒng)、全光纖系統(tǒng)和集成光學(xué)元件系統(tǒng)。21世紀(jì)初期，分立光學(xué)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(xué)器件陀螺由于其工藝簡(jiǎn)單、總體重復(fù)性好、成本低，所以在高精度光纖陀螺很受歡迎，是其主要實(shí)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(diǎn)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(qiáng)型和干涉型。光強(qiáng)型傳感器的缺點(diǎn)在于光源不穩(wěn)定，而且光纖損耗和探測(cè)器容易老化;干涉型傳感器由于要求兩路干涉光的光強(qiáng)同等，所以 需要固定參考點(diǎn)而導(dǎo)致應(yīng)用不方便。21世紀(jì)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(hào)為波長調(diào)制、復(fù)用能力強(qiáng)。在建筑健康檢測(cè)、沖擊檢測(cè)、形狀控制和振動(dòng)阻尼檢測(cè)等應(yīng)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(dòng)力學(xué)、航天器、電力工業(yè)和化學(xué)傳感中有廣泛的應(yīng)用。
三、光纖電流傳感器。電力工業(yè)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)電力傳輸系統(tǒng)容量不斷增加，運(yùn)行電壓等級(jí)也越來越高，電流也越來越大，這樣測(cè)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(diǎn)了。在電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的用來測(cè)量電流的傳感器是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)，這就存在以下缺點(diǎn):它容易爆炸以至引起災(zāi)難性事故;大故障電流會(huì)造成鐵芯磁飽和;鐵芯發(fā)生共振效應(yīng);頻率響應(yīng)慢;測(cè)量精度低;信號(hào)易受干擾;體積重量大、價(jià)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(gè)時(shí)候光纖電流傳感器應(yīng)運(yùn)而生。
四、光纖水聽器。 光纖水聽器主要用來測(cè)量水下聲信號(hào)，它通過高靈敏度的光纖相干檢測(cè)，將水聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并通過光纖傳至信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別。與傳統(tǒng)水聽器相比，光纖水聽器具有靈敏度高、響應(yīng)帶寬寬、不受電磁干擾等特點(diǎn)，廣泛用于軍事和石油勘探、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。光纖水聽器按原理可分為干涉型、強(qiáng)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(dāng)前研究的熱點(diǎn)，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(hào)處理技術(shù)、多路復(fù)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(chǔ)上發(fā)展起來的，電磁干擾和腐蝕作用對(duì)它的影響很小，還能適應(yīng)各種惡劣的氣象環(huán)境，不要額外的電源進(jìn)行供電，就可以長距離的進(jìn)行傳輸，已成為傳感器行業(yè)的研究熱點(diǎn)。
傳感器一直朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、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(gè)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(yīng)用于對(duì)磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉(zhuǎn)矩、光聲、電流和應(yīng)變等物理量的測(cè)量。其應(yīng)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(chǎng)需求，不說長久，至少在未來5年，光纖傳感器將會(huì)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(duì)信息的獲取與傳輸提出的更高要求，使得各領(lǐng)域的自動(dòng)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(duì)一種物理量，要能夠?qū)Χ喾N物理量進(jìn)行同時(shí)測(cè)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(shè)計(jì)復(fù)雜的傳感器網(wǎng)絡(luò)工程。注意分布式傳感器的參數(shù)，即壓力、溫度，特別是化學(xué)參數(shù)(碳?xì)浠衔?、一些污染物、濕度、PH值等)對(duì)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(xué)腐蝕)低成本傳感器(支架、連接、安裝)的開發(fā)和應(yīng)用。(5)光纖連接器及與其它微技術(shù)結(jié)合的微光學(xué)技術(shù)。
光纖傳感運(yùn)用主要分為五大方向:
(1)石油和天然氣--油藏監(jiān)測(cè)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(jī)、電力電纜、渦輪機(jī)運(yùn)輸、煉油廠;
(2)航空航天--噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)身;
(3)民用基礎(chǔ)建設(shè)--橋梁、大壩、道路、隧道、滑坡;
(4)交通運(yùn)輸--鐵路監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)中的重量、運(yùn)輸安全;
(5)生物醫(yī)學(xué)--醫(yī)用溫度壓力、顱內(nèi)壓測(cè)量、微創(chuàng)手術(shù)、一次性探頭。
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