一文深度了解光纤传感器的应用场景

一文深度了解光纤传感器的应用场景

文| 传感器技术（WW_CGQJS）光纤传感器与测量技术是当今传感器技术领域新的发展引应用，其测量用的光纤传感器有很多种类，有很多种工作方式。国内市场上光纤传感器应用主要在以下四种：光纤陀螺、光纤光栅传感器、光纤电流传感器和光纤水听器。下面对这四种产品分别介绍一下。光纤传感器应用种类一、光纤陀螺。

光纤陀螺按原理可分为干涉型、谐振型和布里渊型，这是三代光纤陀螺的代表。第一代干涉型光纤陀螺，目前该项技术已经成熟，适合进行批量生产和商品化；第二代谐振型光纤陀螺，暂时还处于实验室研究向实用化推进的发展阶段；第三代布里渊型，它还处于理论研究阶段。

光纤陀螺结构根据所采用的光学元件有三种实现方法：小型分立元件系统、全光纤系统和集成光学元件系统。目前分立光学元件技术已经基本退出，全光纤系统用在开环低精度、低成本的光纤陀螺中，集成光学器件陀螺由于其工艺简单、总体重复性好、成本低，所以在高精度光纤陀螺很受欢迎，是其主要实现方法。

二、光纤光栅传感器

目前国内外传感器领域的研究热点之一光纤布拉格光栅传感器。传统光纤传感器基本上可分为两种类型：光强型和干

涉型。光强型传感器的缺点在于光源不稳定，而且光纤损耗和探测器容易老化；干涉型传感器由于要求两路干涉光的光强同等，所以需要固定参考点而导致应用不方便。

目前开发的以光纤布拉格光栅为主的光纤光栅传感器可以避免出现上面两种情况，其传感信号为波长调制、复用能力强。在建筑健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等应用中，光纤光栅传感器是最理想的灵敏元件。光纤光栅传感器在地球动力学、航天器、电力工业和化学传感中有广泛的应用。三、光纤电流传感器

电力工业的迅猛发展带动电力传输系统容量不断增加，运行电压等级也越来越高，电流也越来越大，这样测量起来就非常困难，这就显现出光纤电流传感器的优点了。在电力系统中，传统的用来测量电流的传感器是以电磁感应为基础，这就存在以下缺点：它容易爆炸以至引起灾难性事故；大故障电流会造成铁芯磁饱和；铁芯发生共振效应；频率响应慢；测量精度低；信号易受干扰；体积重量大、价格昂贵等等，已经很难满足新一代数字电力网的发展需要。这个时候光纤电流传感器应运而生。

四、光纤水听器

光纤水听器主要用来测量水下声信号，它通过高灵敏度的光纤相干检测，将水声信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统进行识别。与传统水听器相比，光纤水听器具有

灵敏度高、响应带宽宽、不受电磁干扰等特点，广泛用于军事和石油勘探、环境检测等领域，具有很大的发展潜力。光纤水听器按原理可分为干涉型、强度型、光栅型等。干涉型光纤水听器关键技术已经逐步发展成熟，在部分领域形成产品；光纤光栅水听器则是当前研究的热点，研究的关键技术涉及光源、光纤器件、探头技术、抗偏振衰落技术、抗相位衰落技术、信号处理技术、多路复用技术以及工程技术等。结合这几种应用型的光纤传感器种类，我们来看看在实际应用场景中的光纤传感器光纤传感器在周界安防领域的应用

在众多周界安防监控技术中，光纤传感技术脱颖而出，几乎可以实现传统传感器所有的功能，可以对位移、震动、压力、温度、速度、流量等各种物理量进行检测，具有灵敏度高、无电磁辐射、动态范围大、适应范围广等优点，是安防技术发展的主流方向。

在光纤传感安防应用领域，研制出了各种类型和各种功能的光纤探测器，成功地运用于各国政府、军队、银行、机场、港口、石油公司、核电站等，涉及的领域包括：周界、管线、通信、市政、监狱安全监控等。

光纤传感器在安防领域的应用主要在如下三个方面：

周界安全监控系统军事基地、核电站、边境线等重要设施通常都地处环境恶劣的地域，气候条件复杂，同时这些设施的周界安全等级比较高，而这些地方的基础设施也比较差，

甚至没有野外供电的条件，这对周界安防系统提出了更高的要求。光纤周界安全监控系统有一款室外无源监控系统，可以将监控主机架设在监控室，通过引导光缆将传感光缆受到的震动信息传递到监控中心，所有室外设备均为无源器件，无需野外供电，可以提供有效的周界安全监控。管道安全监控系统管道安全监控是一项艰巨而复杂的任务，管线因施工不当被破坏，造成重大污染和经济损失。常规的检测方法是派人员沿管线巡查，也有采用一些传统的监测手段，但实践证明效果有限。光纤管道安全监控系统可以有效地解决上述问题，将传感光缆沿管线埋设，通过光纤感受管线周围的震动，并将此信息传输给监控主机进行分析、判断，排除一般性干扰，最终产生报警，告知值班人员管线出现事故的区域。该系统特别适用于化工厂和大型油库中的石油管线安全监控，以及大型社区市政设施中的天然气管线、电力管线和饮水管线等的安全监控。骨干光缆安全监控系统骨干光缆是现代通信的基础和重要通道，光缆运营安全和信息内容安全关系着国民经济和国家安全，因此骨干光缆的安全监测就显的十分重要。传感的光时域反射仪(OTDR)虽然可以对光纤进行检测，但它也有局限性，存在盲区，不能进行实时监测，特别是通过高科技手段不用折断光纤就可以神不知鬼不觉地盗窃光纤中传输的信息，而传统的监测手段是无法发现的。光纤骨干光缆安全监控系统通过接入光缆竖井中的光

纤，对整个光缆进行监控。当有不法分子企图盗窃光缆内部的信息而触碰光缆时，系统立即产生报警，可以有效地保证骨干光缆的信息安全。该系统特别适用于政府大楼、军事机关、银行，以及机要和通信部门对骨干光缆安全进行监控。周界安防监控系统工作原理是基于多模光纤模式干涉探测

技术，其基本检测原理如下：光在多模光纤中产生一个随机强度的光谱，形成光斑。如果光纤没有受到外界扰动，则该光谱相对是不变的。当光纤受到外界扰动时，如：移动、振动或受到压力时，这些光谱发生相应的改变，光纤检测器可以检测到光谱发生了变化，并可确定外界发生了什么事件。

各种场合和领域的周界安防产品，既有防区式光纤传感器，也有分布式定位光纤传感器，形成适合于短、中、长三种周界系列监控系统。与其它类型的安防产品配合使用，如：红外探测器、激光扫描器、红外幂帘等，采取由外到内的多层防护手段，可以为用户提供全面安全、可靠的安全防护体系。光纤传感器在石油行业中的应用

在油田的开发过程中，人们需要知道在产液或注水过程中有关井内流体的持性与状态的详细资料，这就要用到石油测井，其可靠性和准确性是至关重要的。光纤传感器可以克服在井下恶劣的环境诸如高温、高压、腐蚀、地磁地电干扰下工作。可以高精度地测量井筒和井场环境参数，同时，光纤

传感器具有分布式测量能力，可以测量被测量的空间分布，给出剖面信息。而且，光纤传感器横截面积小，外形短，在井筒中占据空间极小。

以下分别对油田作业中，光纤传感器能实现的检测任务做介绍：1、储层参数监测

1）压力监测由于开发方案的需要，对油藏压力的管理需要特别谨慎，这样做的目的是减少因在低于泡点压力的状态下开采所造成的原油损失，减少在注气过程中因油藏超压将原油挤入含水层所造成的原油损失。传统的井下压力监测采用的传感器主要有应变压力计和石英晶体压力计，应变式压力计受温度影响和滞后影响，而石英压力计会受到温度和压力急剧变化的影响。在压力监测时，这些传感器还涉及安装困难、长期稳定性差等问题。

井下光纤传感器没有井下电子线路、易于安装、体积小、抗干扰能力强等优点，而这些正是井下监测所必需的。用布拉格光纤光栅传感器实行井下监测，对温度不敏感，最高工作温度为300℃，最高测量压力82MPa，在最高测量压力下，对温度的灵敏度极小，可以适用于井下的压力监测。

2）温度监测分布式光纤温度传感器具有通过沿整个完井长度连续性采集温度资料来提供一条监测生产和油层的新途径的潜力。因为井的温度剖面的变化可以与其它地面采集的资料（流量、含水、井口压力等）以及裸眼测井曲线对比，

从而为操作者提供有关出现在井下的变化的定性和定量信息。传统的测温工具只能在任何给定时间内测量某个点的温度，要测试全范围的温度，点式传感器只能在井中来回移动才能实现，不可避免地对井内环境平衡造成影响。

光纤分布式温度传感器的优势在于光纤无须在检测区域内来回移动，能保证井内的温度平衡状态不受影响。而且由于光纤被置于毛细钢管内，因此凡毛细钢管能通达的地方都可进行光纤分布式温度传感器测试。

最广泛地应用于井下监测应用的光纤传感器之一就是拉曼反向散射分布式温度探测器，这种方法已经在测量井筒温度剖面（特别是在蒸汽驱井）中，得到了广泛的应用。

目前的光纤温度、压力传感器的最主要的缺点之一就是温度压力交叉敏感特性，如何消除或者利用这种交叉敏感特性是研究的热点。

3）多相流监测为了做好油藏监控和油田管理，最关键的环节是获得生产井和注水井稳定可信的总流量剖面和各相流体的持率。然而，大多数油井分层开采，每层含水量不同，而且有时流速较大，给利用常规生产测井设备测量和分析油井的生产状况带来了巨大的困难。光纤测量多相流有两种方法，第一种是持气率光纤传感仪，该仪器能直接测量多相流中持气率。其四个光纤探头均匀地分布在井筒的横剖面中，其空间取向方位可用一个集成化的相对方位传感器准确测

量，在气液混合物中，通过探头反射的光信号来确定持气率和泡沫数量（这二者与气体流量相关联）。

此外，利用每个探头的测量值来建立一种井中气体流动的图像，可以更好地了解多相流流型以及解释在倾斜条件下这些流型固有的相分离。它提供的资料能直接测定和量化多相混合物中气体和液体，能准确诊断井眼问题，并有助于生产调整。仪器通过了三口井的现场测试。第二种是通过测量声速来确定两相混合流的相组分，因为混合流体的声速与各单相流体的声速和密度具有相关性，而这个相关性普遍存在于两相气/液和液/液混合流体系统中，同时也适用于多相混合流系统。根据混合流体的声速确定各相流体的体积分数，就是测量流过流量计的各单相体积分数（即持率测量）。

某一流体相持率是否等于该相流动体积分数，取决于该相相对于其它相是否存在严重的滑脱现象。对于不存在严重滑脱的油水两相混合流系统，可以用均匀流动模型进行分析；对于存在严重滑脱现象的流动状态，则必须应用更完善的滑脱模型来解释流量计测量的数据，才能准确地确定各相的流量。对于油水混合流体，流量计的长波长声速测量可以确定各相体积分数（即持率），而不受流动非均质性（如层状流动）的影响。

2、声波测量与过去相比，勘探开发公司如今面临更大的风险和更复杂的钻井环境，因此获得准确的地层构造图和油藏

机理具有重要意义。目前使用的地震测量方法，如拖曳等浮电缆检波器组、临时海底布放地震检波器和井下电缆布放地震检波器等，能提供目的产油区域的测量，但这些方法具有相对高的作业费用，不能下入井内或受环境条件的限制等，而且提供的图像不全面、不连续，分辨率不是很高，因此难于实现连续实时油藏动态监测。

基于光纤的井下地震检波器系统能够解决这些问题，它能提供整个油井寿命期间永久高分辨率四维油藏图像，极大方便了油藏管理。这种井下地震加速度检波器能接收地震波，并将其处理成地层和流体前缘图像。

永久井下光纤3分量地震测量具有高的灵敏度和方向性，能产生高精度空间图像，不仅能提供近井眼图像，而且能提供井眼周围地层图像，在某些情况下测量范围能达数千英尺。它在油井的整个寿命期间运行，能经受恶劣的环境条件（温度达175℃，压力达100MPa），且没有可移动部件和井下电子器件，被封装在直径2.5cm的保护外壳中，能经受强的冲击和振动，可安装到复杂的完井管柱及小的空间内。此外，该系统还具有动态范围大和信号频带宽的特点，其信号频带宽度为3Hz～800Hz，能记录从极低到极高频率的等效响应。

3、激光光纤核测井技术激光技术和光纤技术可以用于研制井下传感器，用于在充有原油和泥浆等非透明流体的井中进行测井。激光光纤核传感器是在光纤通信和光纤传感器的基

础上产生的，它利用了光致损耗和光致发光等物理效应，比常规核探测器具有更多的优越性，是典型的学科交叉。光纤核测井技术，实际上就是在特定的环境下的核探测技术，其典型的优点为：

（1）可以针对不同的核探测的能级范围，研制在该范围的敏感探头。

（2）因为应用了光致发光效应，可使探头位于千米的井下，而光电倍增管由传输光缆相连置于井上，远离了恶劣的井下环境（高温高压），从而延长其的使用寿命。

（3）光纤具有高速率、大容量传输能力，还能搭载其他井下仪器信号。

然而，激光光纤核探测器也有缺点，主要表现在耐高温和承受高压的保护涂层、传输光缆的机械强度以及耐辐射的传输光缆低衰减损耗。

光纤传感在电力安全领域的应用

电力系统是国家建设的基础，是国民经济的命脉所在，电力作为国家重要的能源供给设施，安全防范自是重中之重。

电力系统自动化建设和改造不断发展完善，而电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成，需对各个环节具备安全防范手段。

分布式光纤传感技术，将整个长度范围内的光纤均用作传感器，探测在光纤敷设范围内任意点的特定信息。

基于弹光效应和白光干涉技术，开发的分布式光纤监测技术，可以实现电力系统从发电到输变电整个电力供应环节的安全监控整体解决。

该技术从光纤振动传感与温度传感两方面着手，开发了针对电力系统应用性极强的系列产品。该技术利用了光纤本质是弱电器件的优点，对能源依赖小，野外布设方便，不怕雷击电闪；利用了光纤是一种无源器件的优点，因此，防火、防爆，无电磁干扰，更抗电磁干扰，非常适合长距离、大范围、难以人力全面监控的场合；利用了光纤本身不含金属的特点，因此，在野外苛刻的自然环境中，不会腐蚀，不怕雨雪，甚至可用于湿地与海域。

无人值守电站无人值守电站的安全，电力设施、设备的破坏情况屡有发生。变电站园区周界入侵探测报警系统，成为保证变电站安全运行的最外层、最必要屏障。

光纤振动传感技术采用光纤作为前端介质，同时通过光纤将前端信号传输至监控中心主机主，主机响应后通过电力专网向远程调度中心或市局、上级机构传输信号，实现远程实时监控。

高压电塔安全监控系统高压电塔危险性极强，塔架附近一定区域都需作无人区隔离，保证一定的安全距离。光纤振动传感技术通过埋设在无人区高压塔架周围的光缆，或者绑扎在高压塔架底部支架上的光缆，在有人员进入禁行区，或

开始攀爬塔架的时候，第一时间进行报警。安保人员通过监控室显示的塔架位置及时进行定位，并出动人员及早进行干预。能有效将危险及早进行扼制。

输电干线安全监控输电线路是电网运行的命脉，它在输送能源的同时又相当的脆弱，任何外力的破坏，都有可能造成大面积停电。外力破坏(如盗窃、施工)、环境污染、自然灾害一直是威胁电网安全的重大隐患，而对于地震、台风、洪水等自然灾害有可能造成的电网大面积瘫痪，目前还缺乏系统性研究和评估，没有建立相应的预警机制。

利用光纤传感技术对输电线路进行安全监控，是采用沿输电线路布设的光纤单芯定位等一系列创新技术，通过对输电线路上发生的触碰(或刮擦)光缆、接头盒、光芯等扰动的实时监测，采集和分析信息，判定扰动发生的位置、类型、强度，以帮助线路维护人员及时发现输电线路的破坏行为。该系统解决了当前输电干线安全缺乏有效监测手段的问题，不仅能够在事件发生时实时监测、准确定位、智能分析，还可以实现对事故发生的预警，有效解决对线路损毁的预警监测，为安保人员提供告警、智能分析和辅助决策支持。分布式温度传感监测电厂与变电站电缆桥架、电缆隧道、电缆夹层、电缆沟、电缆竖井、开关设备、变压器、电阻排等电力设备在长期的高压中常因发热而老化引起火灾，经过多年来火灾调查研究发现，大多数的火灾事故都是由于温度过高引起

的。如果能够在火灾潜伏期温度缓慢的上升过程中就能即时发现火灾隐患并采取相应措施，无疑是最佳的防范时机。

传统形式的火灾探测系统其传感部件通常是电磁式元件，而在电力行业的应用场合，设备上都有着高压，它的周围有很强的电磁干扰，导致传统的探测器误报、漏报时常发生。

分布式光纤测温传感技术是目前国际上最先进的测温技术。DTS分布式光纤温度传感器系统，能在整个连续的光纤上，以距离的连续函数形式，测量和显示出光纤上各点的温度值。这种技术只需一根光纤就可以测量十公里距离的温度。对于电力系统的温度监测，分布式光纤温度传感系统是一种十分有效的监测设备。

它基于目前最先进的光纤、激光和信号处理技术。采用光纤作为温度信息采集的传感器。通过测量入射激光在光纤中不同距离处产生的散射波，测知沿光纤分布的各点的实时温度信息。该系统专门应用于区域(多点、线性、面型)测温，并可以实现对温度引起的过热、过冷、火情隐患等进行预判和报警。

综上所述，光纤传感技术可以整体解决电力行业各个环节从安全防范至安全生产的综合安全监控，得到电力行业的广泛重视，并开始被广泛应用。

光纤传感器在桥梁健康监测中的应用

随着工业与交通运输的发展，桥梁对交通运输的发展具有重

大影响，桥梁的跨度增加以及结构的复杂趋势，使得其安全隐患受到大家更多的关注，因此我们需要对桥梁进行更好的健康监测。桥梁的健康监测实际上是通过对桥梁结构的无损检测、实时监测桥梁的整体结构，对其损伤位置和程度进行诊断，为桥梁的维修以及管理提供帮助。

随着光纤传感技术用于复合材料的发展，把光纤传感系统埋入水泥结构形成能够感知应力和断裂损伤的能力。光纤传感器因为具有质量轻，结构小，信息量大，不受电磁干扰，容易埋入结构等优点，可以对桥梁进行实时的监测和控制，从而实现对桥梁结构健康监测的目的。目前，最广泛使用的是光纤光栅型传感器，是桥梁健康监测系统的重要工具之一。桥梁的结构健康监测系统，包括测量车辆荷载、温度、挠度、应变、主梁振动、斜拉索振动六个子系统；

下面就几个具体的桥梁健康监测系统进行简单的介绍。拉索应力监测系统在斜拉索结构大桥中，大桥的主梁及通过的汽车荷载均由拉索承担，拉索是特别容易产生损伤的结构，其寿命往往比桥梁其他构件的寿命都要短，因此要准确及时掌握拉索的内力及其变化特征至关重要。在天津的永和大桥的监测中，在44组拉索中每组拉索选择1根作为监测对象布设传感筋，总计44根智能索。图1 永和大桥的结构图

如下图2所示光纤光栅智能索内部的结构。其中36根索内只设2个光纤光栅应变传感器，另外的8根索中除布设2个

光纤光栅应变传感器外还布设了1个温度补偿光纤光栅传感器。在大桥的拉索检测系统中选用了GFRP-OFBG复合智能筋，其具有精度高，分辨率高，灵敏度强，反射率大于90%，最重要的是耐久性长达25年之久。图2 智能索内部结构

主梁应力监测系统在桥面主梁的监测中，主梁上不仅要安设光纤光栅应力传感器还要在特定的位置安装光纤光栅温

度传感器，并完成应变传感器的温度补偿；对主梁结构的温度场监测是为了将温度场作为参数，研究温度应力及温度导致的结构动力特性变化。图3 主梁应力监测截面位置

如图4所示，其中在I、VI截面上分别布设3个光纤光栅应变传感器、1个光纤光栅温度传感器和1个绝对温度补偿传感器；II、V截面上分别布设5个光纤光栅应变传感器、1

个光纤光栅温度传感器和1个绝对温度补偿传感器。Ⅲ截面布设5个光纤光栅应变传感器和2个光纤光栅温度传感器，Ⅳ截面布设5个光纤光栅应变传感器和3个光纤光栅温度传感器。图4 主梁各截面上的传感器布设位置

主梁截面的应变监测系统选用的是表面焊接式FRP-OFBG

应变传感器，如图5所示。这种材料的优点是结构简单、应变测试精度高、耐久性长的传感器。

主梁温度监测系统选用无应力影响光纤光栅温度传感器。其采用特殊方法封装，即使埋入结构中也不受外界的应力变化

的影响而只反映温度变化，并且温度灵敏度与精度高很高，可以很好的监测环境温度与结构内温度变化。

光纤传感技术特别是光纤光栅型传感技术在桥梁工程领域

的显著优势，不仅给桥梁健康监测和安全评估注入了新的活力，而且还为桥梁实时监测的发展带来了契机。

光纤传感器在智能穿戴设备中的应用

如今，光纤传感器的小型化，也被应用在智能穿戴设备上。长时间的久坐以及不正确的坐姿，在不知不觉中伤害着人们的身体健康。

智能坐垫的主要功能就是坐姿监测提醒。通过压力传感器和光纤传感器，可以分辨出你现在的坐姿，识别出你是否前倾、后倾，是否久坐。当你长时间坐着或者坐姿不标准时，会通过配套的APP提醒你。另外，通过光纤传感器，监测心跳、呼吸等数据，可以分析出你现在是否压力过大，并给出建议。这一技术还可以将光纤传感器植入到座椅、沙发甚至床垫中，也可以做成智能医疗产品，应用于健康监测领域。光纤传感技术不断吸取光纤通信的新技术（如新的半导体光源、新型光纤）、新器件，在如今的物联网时代也将有更广阔的应用前景，全光物联网有望在将来成为一种新的物联网形式。

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光纤传感器的应用研究(中英对照)教学文案

光纤传感器的应用研究 摘要本文介绍了光纤传感器研究的目的、意义及其发展趋势，通过分析研究各类光纤传感器的基本原理，设计出了几种功能较完善的光纤传感器。首先从研究光纤传感器的工作原理出发，分析各种光纤传感器的结构和原理，通过对原有光纤传感器的结构和控制机理的分析，结合学过的电子知识，设计光纤传感温度计、光纤传感压强计等。在整个研究过程中采取实验和理论相结合的方式。 1绪论 光纤传感器是70年代末发展起来的一种新型传感器，它具有不受电磁场影响，本 质上安全防爆，体积小，耐腐蚀，灵敏度高等优点。可用在传统传感器难以涉足的极端 恶劣环境，所以在军事、航空航天、生物医学、建筑施工等领域被受青睐。因此对光纤 传感器的研究具有很重要的现实意义。传感技术是近几年热门的应用技术，传感器在朝 着灵敏、精确、适应性强、小巧和智慧化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个 传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐 射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、 耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如 核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受 不到的外界信息。光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比 如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的 测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了 独特的魅力。因此，光纤传感技术应用的研究具有很好的前景。光纤传感优点：灵敏度 较高；几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；可以制造传感 各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件；可以用于高压、电气噪声、高温、 腐蚀、或其它的恶劣环境；而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。 光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。因此，它 同时具有光纤及光学测量的特点。 ①电绝缘性能好。 ②抗电磁干扰能力强。 ③非侵入性。

国内外光纤传感器的发展现状

国内外光纤传感器的发展现状 2011-6-29 8:25:44 讯石光通讯咨询网作者：iccsz 摘要:本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况：光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。 本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况：光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。前者报道了光纤光栅、分布式光纤传感技术以及光纤传感网的发展，这些是目前的研究热点；后者介绍了光层析成像技术、智能材料、光纤陀螺及惯性导航系统、工业工程类传感器（其中包括电力工业用高电压、大电流传感器，利用光纤的弹光效应和FBG器件的应力传感器等）。最后介绍了新型光纤材料与器件、氟化物玻璃光纤，碳涂覆光纤、以及正在研究中的蜂窝型波导光纤、液晶光纤等。 一、引言 随着密集波分复用DWDM技术、掺铒光纤放大器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。在光通信迅猛发展的带动下，光纤传感器作为传感器家族中年轻的一员，以其在抗电磁干扰、轻巧、灵敏度等方面独一无二的优势，已迅速成长为年成交额超过10亿美金，并预计将于2010年拥有超过50亿美金市场的产业。每年由美国光学工程师学会(OSA)主办的光纤传感国际会议（OFS）及时报道着光纤传感领域的最新进展，并对光纤传感及其相应技术进行有益的研讨。 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。由于光纤传感技术并未如光纤通信技术那样迅速地获得产业化，许多关键技术仍然停留在实验室样机阶段，距商业化有一定的距离，因此光纤传感技术的原理性研究仍处于相当重要的位置。由于很多光纤传感器的开发是以取代当前已相当成熟，可靠性和成本已得到公认，并已经被广泛采用的传统机电传感系统为目的，所以尽管这些光纤传感器具有如电磁绝缘、高灵敏度、易复用等诸多优势，其市场渗透所面临的困难和挑战是可想而知的。而那些具有前所未有全新功能的光纤传感器则在竞争中占有明显优势，FBG和其它的光栅类传感器就是一个最好的例证。当前的原理性研究热点集中于光纤光栅（FBG和LPG）型传感器和分布式光纤传感系统两大板块。 FBG型光纤传感器自发明之日起，已走过了原理性研究和实验论证的百家争鸣阶段。目前成熟的FBG制作工艺已可形成小批量生产能力，而研究的焦点也转向解决高精度应用，完善解调和复用技术，以及降低成本等几个方向上。另一方面，由于光纤传感器具有将传输与传感媒质合而为一的特性，使得沿布设路径上的光纤可全部成为敏感元件，因此，分布式传感成为光纤传感器与生俱来的优点。 对于光纤传感技术的应用研究主要有以下四大类：光（纤）层析成像技术（OCT，OPT）、智能材料（SMART MATERIALS）、光纤陀螺与惯导系统（IFOG，IMIU ）和常规工业工程传感器。另外，由于光纤通信市场需求的带动以及传感技术的特殊要求，新型器件和特种光纤的研究成果也层出不穷。 目前，我国的光纤传感器研究大多数集中于大专院校和科研单位，仍然未完成由实验室向产品化的过渡。其中，比较成熟的技术包括：清华大学光纤传感中心与总后合作研制开发的光纤油罐液位与温度测量系统，已经安装运行数年；北京航空航天大学与总装合作研制的光纤陀螺系统，目前指标为0.2°/hr ；中国计量学院研制的分布式光纤传感系统，已有产品报道；华中理工大学与广东某公司联合研制的强电压、大电流传感系统。此外，在广东、深圳等地，还建立了许多光纤无源器件生产厂

光纤传感技术

光纤传感器的应用与发展趋势 学生：王超 学号：1049721103105 专业：物理电子学 光在传输过程中，光纤易受到外界环境的影响，如温度、压力等，从而导致传输光的强度、相位、频率、偏振态等光波量发生变化，通过监测这些量的变化可以获得相应的物理量，这就是光纤传感技术。该技术是随着光纤及通信技术的发展而逐步发展起来的一门崭新技术。密集波分复用D W D M 技术、掺铒光纤放大器EDFA 技术和光时分复用OTDR 技术的不断发展成熟，使得光纤传感技术以其在抗电磁干扰、轻巧、灵敏度等方面独一无二的优势，获得了飞速的发展，各种光纤传感器系统层出不穷。 光纤传感器系统的原理 由于光纤不仅作为光波的传播介质，而且光波在光纤中传播时，光波的特征参量( 振幅、相位、偏振、波长等) 会因外界因素（温度、压力、应变、电场、位移等）间接或直接的发生变化，从而可将光纤用作传感元件探测物理量。根据光纤在传感器中的作用，光纤传感器可分为功能型、非功能型、拾光型三大类。 1、功能型光纤传感器中光纤不仅作为导光介质也是敏感元件，光在光纤内受到被测量物理量的调制。它的特点是结构紧凑、灵敏度高，但它须用特殊光纤和先进的检测技术，因此成本高。光纤陀螺即是典型的功能型光纤传感器。 2、非功能型光纤传感器中光纤仅起导光作用，光照到非光纤型敏感元件上受被测量物理量调制。因其无需特殊光纤及特殊技术，易实现、成本低，但灵敏度也相应较低，常用于灵敏度要求不太高的场合。目前的光纤传感器大多是该类型的。 3、拾光型光纤传感器中光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、 散射的光。如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。 光纤传感器的特点 由光纤传感器的原理我们可以很容易理解它有如下几个特点： （1 ）光纤具有宽波长范围、低衰减的特性，光源、检测器和光学元件的选择余地大，可以适用于不同的应用场合。

光纤传感器应用

光纤传感技术的应用 在机械、电子仪器仪表、航天航空、石油、化工、生物医学、环保、电力、冶金、交通运输、轻纺、食品等国民经济各领域的生产过程自动控制、在线检测、故障诊断、安全报警以及军事等方面有着广泛的应用。 1 光纤传感器的特征 光纤传感器系统按照在传感器中的作用分为两种类型：功能型和非功能型。功能型光纤传感器光纤不仅起传光作用，而且是敏感元件，非功能型光学传感器中，光纤不是敏感元件。描述光波特征的参量很多（如光强、波长、相位、振幅态和模式分布等），这些参量在光纤传输中都可能受外界影响而发生变化。如当温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和物理量等对光路产生影响时，均使这些参量发生相应变化，光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小。光纤传感器由光源、传输光纤、光电元件等部分组成。其中光源是光纤传感器的重要组成部件，目前常用的有白炽灯，激光器和发光二极管。光电元件多用半导体光电二极管。 与其它常规传感器相比，光纤传感器有如下特点： （1）高灵敏度，抗电磁干扰。由于光纤传感器检测系统不传送电信号，因此，光信号在中不会与电磁波发生作用，也不受任何电噪声的影响，由于这一特征，光纤传感器在电力系统的检测中得到了广泛应用。 （2）频带宽、动态范围大。 （3）可根据实际需要做成各种形状。 （4）可以用很近似的技术基础构成传感不同物理量的传感器，这些物理量包括声场、磁场、压力、温度、加速度、位移、液位、流量、电流、辐射等； （5）便于与计算机和光纤系统相连，易于实现系统的遥测和控制。 （6）结构简单、体积小、质量轻、耗能小。正由于它的这些优点，其应用领域非常广阔市场前景也比较广。 2 国内外光纤传感器的发展情况 美国是最早研制光纤传感器并投资最大的国家并且取得很大成就。从1977开始由美国海军研究所主持的光纤传感器系统共有5个公司参加，主要研究方向是水声器、磁强计和其它水下检测有关设备。1980年开始研究，1984年进行飞行实验的现代数字光纤控制系统（ADOSS），采用光纤译码的光纤传感器系统代替直升飞机驾驶员的控制，最终将实现用光纤液压传动系统代替电源。另外，光纤陀螺（FOG）计划、核辐射监控（NRM）计划、飞机发动机监控（AEM）计划、民用研究计划（CRP）使光纤传感器技术迅猛发展，在军事、民用、电力、监控、桥梁、医学生物检测等方面得到广泛应用。 3 光纤传感器的应用 光纤传感器的应用非常广泛，几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活。在现代信息社会中，传感器技术迅猛发展，其中光纤传感器以其独特的优点应用非常广泛，包括工业、军事、医疗、通讯、过程控制以及恶劣环境下物理量的测量，如光纤传感器在石油领域中的应用、光纤传感器在军事领域的应用、光纤传感器在医学中的应用、光纤传感器在土木工程中的应用、光纤传感器在环境监控中的应用、光纤传感器在飞机上的应用、在电力系统上的应用、光纤传感器的发展动态与研究方面等。“中国2010年远景规划”已将传感器列为重点发展的产业之一，随着我国加入世界贸易组织，传感器的市场需求和发展空间的潜力是非常大的。可以预见，随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高，不久的将来光纤传感器必将在海洋、化工、水利电力等各个领域显示其应用活力。

一文深度了解光纤传感器的应用场景

一文深度了解光纤传感器的应用场景 文| 传感器技术（WW_CGQJS）光纤传感器与测量技术是当今传感器技术领域新的发展引应用，其测量用的光纤传感器有很多种类，有很多种工作方式。国内市场上光纤传感器应用主要在以下四种：光纤陀螺、光纤光栅传感器、光纤电流传感器和光纤水听器。下面对这四种产品分别介绍一下。光纤传感器应用种类一、光纤陀螺。 光纤陀螺按原理可分为干涉型、谐振型和布里渊型，这是三代光纤陀螺的代表。第一代干涉型光纤陀螺，目前该项技术已经成熟，适合进行批量生产和商品化；第二代谐振型光纤陀螺，暂时还处于实验室研究向实用化推进的发展阶段；第三代布里渊型，它还处于理论研究阶段。 光纤陀螺结构根据所采用的光学元件有三种实现方法：小型分立元件系统、全光纤系统和集成光学元件系统。目前分立光学元件技术已经基本退出，全光纤系统用在开环低精度、低成本的光纤陀螺中，集成光学器件陀螺由于其工艺简单、总体重复性好、成本低，所以在高精度光纤陀螺很受欢迎，是其主要实现方法。 二、光纤光栅传感器 目前国内外传感器领域的研究热点之一光纤布拉格光栅传感器。传统光纤传感器基本上可分为两种类型：光强型和干

涉型。光强型传感器的缺点在于光源不稳定，而且光纤损耗和探测器容易老化；干涉型传感器由于要求两路干涉光的光强同等，所以需要固定参考点而导致应用不方便。 目前开发的以光纤布拉格光栅为主的光纤光栅传感器可以避免出现上面两种情况，其传感信号为波长调制、复用能力强。在建筑健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等应用中，光纤光栅传感器是最理想的灵敏元件。光纤光栅传感器在地球动力学、航天器、电力工业和化学传感中有广泛的应用。三、光纤电流传感器 电力工业的迅猛发展带动电力传输系统容量不断增加，运行电压等级也越来越高，电流也越来越大，这样测量起来就非常困难，这就显现出光纤电流传感器的优点了。在电力系统中，传统的用来测量电流的传感器是以电磁感应为基础，这就存在以下缺点：它容易爆炸以至引起灾难性事故；大故障电流会造成铁芯磁饱和；铁芯发生共振效应；频率响应慢；测量精度低；信号易受干扰；体积重量大、价格昂贵等等，已经很难满足新一代数字电力网的发展需要。这个时候光纤电流传感器应运而生。 四、光纤水听器 光纤水听器主要用来测量水下声信号，它通过高灵敏度的光纤相干检测，将水声信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统进行识别。与传统水听器相比，光纤水听器具有

光纤传感器的应用研究

光纤传感器的应用研究 孙义才 2011301510103 电科三班 摘要：光纤传感技术是一门新的科学技术，也是信息社会的一个重要技术基础，在当代高科技中占有十分重要的位置。该技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术和密集型前沿技术。本课题主要了解光纤导光的基本原理及其在传感技术上应用的物理基础，重点研究光纤传感器敏感的物理量、光纤传感器的基本类型及其相关应用。 关键词：传感器；光纤通信；禁带宽度；光纤传感温度计；光纤传感压强计。 1.序言 光纤传感技术是二十世纪七十年代左右随着光纤通信技术的萌芽而迅速建立起来的，通过以光波这一载体并光纤这一媒质，起到具有感知与信号传输的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点。传感技术是近几年热门的应用技术，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智慧化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 现阶段，光纤传感领域在世界中的发展大致分为两大方面：应用开发与相关原理性研究。 2.1光纤传感器的结构原理 以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接，见图(a)。光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。 可见,光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。

光纤传感技术读书笔记

题目光纤传感技术读书笔记学院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师：

摘要：主要阐述了光纤传感技术的原理、特点及国内外的发展情况，介绍了在 实际测量中的一些具体应用。提出了我国光纤传感技术存在的问题，指出了今后的发展的方向，为光纤传感技术的深入研究提供了有益的参考 关键词：光纤传感技术；测量精度；光纤传感器 1 前言 自1966年高昆博士提出光纤传输的理论，以及1969年日本平板波利公司制出200dB/KM梯度光纤以来，光纤传感技术取得了飞速发展，而且已经形成了独立的光通讯产业形成。由于它独特的优点，决定了可实现某些特殊条件下的测量工作，比常规检测技术具有诸多优势，是传感技术发展的一个主导方向。光纤传感技术代表了新一代传感器的发展趋势。光纤传感器产业已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一，它以技术含量高、渗透能力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。 2 光纤与光纤传感器的原理 光纤的结构由纤芯，包层，涂覆层，护套组成。光缆的结构由12×12的光纤阵列，光纤带，纸，聚乙烯内壳，聚烯烃双绞线，聚乙烯外壳，抗应变的钢索组成。而光纤传感器通常由光源、传感光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成。其传光原理是利用了光的全反射原理，将被测参量转换为光信号参数的变化。众所周知，描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等)。这些参量在光纤传输中都可能会受到外界影响而发生改变，特别是温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时，都会使这些参量发生相应变化。光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相位物理量的大小。 从结构上来讲，光纤传感器与电类传感器对比，光纤传感器的调制参量是振幅，相位。而电类传感器是电阻，电容，电感等。光纤传感器的传输信号为光，而电类传感器的传输信号为电。传输介质也有了很大的不同，光纤传感器的传输介质是光纤，光缆，而电类传感器的介质是电线，电缆。由结构的对比可见，光纤传感器与电类传感器是并行互补的一类新型传感器。 从应用上来讲，光纤传感器与传统传感器相比有其独特的优点，即非接触式测量、抗干扰力强、灵敏度高、体积小、重量轻、柔性好，而且测量对象广泛。因此，在传感器行业中，光纤传感器越来越显示出它的优势。它将替代传统的机械接触式传感器及电容非接触式传感器。机械接触式传感器磨损被测表面，这就限制了测量精度。电容非接触式传感器的抗电磁干扰力差，使得其适用范围受到限制。 3 光纤传感器的调制技术以及光信号的解调技术 光纤传感器的调制技术有四种，(1)强制调制，(2)相位调制，(3)偏振态调制，(4)频率调制。 强制解调有1)利用小的线位移或角位移进行强度调制；2)反射式强度调制；

光纤传感器的制作工艺及工程应用研究

光纤传感器的制作工艺及工程应用研究 陈涛 深圳太辰光通信股份有限公司广东深圳518040 摘要：光纤传感器是以光纤为基础制作的新型传感器设备，具有抗电磁干扰能力强、电绝缘性好、耐腐蚀、测量范围广、体积小以及传输容量大等优点，常用于检测位移、温度、偏振、压力等，现代光纤传感器能在高压环境下代替人工完成作业，因此被广泛用于医疗、交通、电力、机械、航空航天等各个领域。如今光纤传感技术的应用推动通信技术的飞速发展，在众多产业有重要的地位。基于此，本文将着重分析探讨光纤传感器的制作工艺及其应用要点。 关键词：光纤传感器；制作；应用 1、光纤传感器基本原理概述 光纤传感器主要分为传感型和传光型等两类，其中传感型的传感器主要是利用被测对象的物理和化学的状态变化来引起光纤传输特性的变化，并通过传光特性来检测光纤中所传输光波的强度、相位等的变化，最终确定被测对象的状态。而传光型的传感器主要是利用被测对象的状态变化，引起光变换器件工作状态的变化，通过利用传光特性来检测光变换器中光纤所传输光波参数的变化，最终确定被测对象的状态。 1）典型的光纤传感器光源有发光二极管和半导体激光器；白炽灯也可用于某些化学传感器。2）光纤包括石英光纤、玻璃光纤和塑料光纤，其中石英光纤和玻璃光纤主要用于红外波段，塑料光纤则主要用于可见光波段；在某些传感器中还需要用专门研制的特殊光纤。3）光纤器件是为了使信号被限制在纤芯范围内传输，或是为了改变光的某些参数使其更适合于测量的部件，典型的光纤器件有光纤耦合器、滤波器、衰减器等，在一些简单的光纤传感器中有时没有光纤器件。4）传感元件是根据被测信号来调制光纤传输光参数的部件，它有时候是光纤本身，如拉曼散射式光纤温度传感器。5）探测器是用来对光信号进行检测的器件，一般包括光电二极管、光电三极管、光电池、光电雪崩二极管、光电倍增管等。6）信号处理单元接收光电探测器输出的电信号，将其还原为被测信号，

光纤传感器的应用及发展

文章编号:10044736(2004)02006304 光纤传感器的应用及发展 杨春曦,胡中功3,戴克中 (武汉化工学院电气信息工程学院,湖北武汉430073) 摘　要:简要介绍了光纤传感器的特点,综述了光纤传感器的发展以及近期国际上光纤传感器的研究和应用情况,最后描述了其前景和主要研究方向. 关键词:光纤传感器;应用;光纤布拉格光栅;温度测量中图分类号:TQ 174.75+9 文献标识码:A 收稿日期:20031013 作者简介:杨春曦(1976),男,贵州铜仁人,硕士研究生.3通讯联系人. 0　引　言 光纤传感器的历史可追溯到上世纪70年代, 那时,人们开始意识到光纤不仅具有传光特性,且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础,无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来.1977年,美国海军研究所(N RL )开始执行由查尔斯?M ?戴维斯(Charles M .D avis )博士主持的Fo ss (光纤传感器系统)计划[1],这被认为是光纤传感器问世的日子.从这以后,光纤传感器在世界的许多实验室里出现.由于其具有常规传感器所无法比拟的优点和广阔的发展前景,很多国家不遗余力地加大对光纤传感器的研究力度,也涌现出许多成果[2].但它仍存在诸如价格昂贵、技术不够成熟等瓶颈,这使得它在工程上的应用较少.最近涌现的很多成果无论是在价位上还是技术上都有了新的突破.随着新方法、新工艺不断被引入,大量低价位高性能光纤传感器面世,而光纤与其他学科理论相结合,不仅使光纤传感器在信号检测精度、传输减损、信号处理方面有了很大的提高,而且其应用领域也越加广阔.本文简要地介绍了光纤传感器的特点,并对光纤传感器近期的发展动态进行简要地概述. 1　光纤传感器的特点 光纤传感器由光源、传输光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成.众所周知,描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等),这些参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生改变.如当温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时,均会使这 些参量发生相应变化.光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小.一般光纤传感器按其作用不同可分为两种类型:传光型和敏感型.而按其检测方法不同主要又可分为两种类型:强度型和相位型.图1是光纤传感器的结构框图 . 图1　光纤传感器的结构框图 F ig .1　Structu ral diagram of fiber op tic sen so r 与传统的传感器相比,光纤传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、耐腐蚀、本质安全及测量对象广泛等特点,而且在一定条件下可任意弯曲,可根据被测对象的情况选择不同的检测方法,再加上它对被测介质影响小,非常有利于在医药卫生等具有复杂环境的领域中应用. 2　光纤传感器在研究和工程中的应 用近况 2.1　光纤传感器的工程应用 光纤的优点和具体学科理论相结合,产生一大批应用范围更广、性能更好、价格相对低廉的各具特色的光纤传感器,在传统领域和新兴领域都得到很好的应用. 2.1.1　光纤传感器在化学和生物学中的应用　当前,在国外研究得比较多的化学和生物光纤传感器主要有光吸收型传感器,荧光型传感器和衰减波形光纤传感器三种. a .光吸收型传感器的工作原理是根据测定被测物对特定波长的光产生吸收以及吸收的强度来确 第26卷第2期 武　汉　化　工　学　院　学　报 V o l .26　N o.22004年6月 J.　W uhan In st .　Chem.　T ech . Jun.　2004

光纤传感器的应用和发展

文章编号:100320794(2004)0820009202 光纤传感器的应用和发展 马天兵,杜　菲 (安徽理工大学,安徽淮南232001) 摘要:主要阐述了光纤传感器的原理、特点及国内外的发展情况,介绍了在实际测量中的一些具体应用。提出了我国光纤传感器存在的问题,指出了今后发展的方向,为光纤传感器的深入研究提供了有益的参考。 关键词:光纤传感器;测量精度;传感技术 中图号:T N253文献标识码:A 1　前言 自20世纪70年代以来,光纤传感器取得了飞速发展。由于它独特的优点,决定了可实现某些特殊条件下的测量工作,比常规检测技术具有诸多优势,是传感技术发展的一个主导方向。光纤传感技术代表了新一代传感器的发展趋势。光纤传感器产业已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一,它以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。 2　光纤传感器的原理 光纤传感器通常由光源、传输光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成。众所周知,描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等)。这些参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生改变,特别如温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时,都会使这些参量发生相应变化。光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小。 光纤传感器与传统传感器相比有其独特的优点,即非接触式测量、抗干扰力强、灵敏度高、体积小、重量轻、柔性好,而且测量对象广泛。因此,在传感器行业中,光纤传感器越来越显示出它的优势。它将替代传统的机械接触式传感器及电容非接触式传感器。机械接触式传感器磨损被测表面,这就限制了测量精度。电容非接触式传感器的抗电磁干扰力差,使得其实用范围受到限制。 3　国内外光纤传感器的发展概况 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,各国家更是竟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。这些研究都分别由美国空军、海军、陆军和国家宇航局(NAS A)的有关部门负责,并得到许多大公司的资助。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。日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光纤传感器的研究与开发。日本在20世纪80年代便制定了“光控系统应用计划”,该计划旨在将光纤传感器用于大型电厂,以解决强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中的信息测量、传输和生产过程的控制。20世纪90年代,由东芝、日本电气等15家公司和研究机构,研究开发出12种具有一流水平的民用光纤传感器。西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光纤传感器的研发和市场竞争,其中包括英国的标准电讯公司、法国的汤姆逊公司和德国的西门子公司等。 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,如清华大学、华中理工大学、武汉理工大学、重庆大学、核工业总公司九院、电子工业部1426所等。他们在光纤温度传感器、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。每年发表的论文、申请的专利也不少。但与发达国家相比,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。 4　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人们的日常生活,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 ? 9 ? 　2004年第8期 煤 矿 机 械

最新光纤传感器的应用研究

光纤传感器的应用研 究

光纤传感器的应用研究 孙义才 2011301510103 电科三班 摘要：光纤传感技术是一门新的科学技术，也是信息社会的一个重要技术基础，在当代高科技中占有十分重要的位置。该技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术和密集型前沿技术。本课题主要了解光纤导光的基本原理及其在传感技术上应用的物理基础，重点研究光纤传感器敏感的物理量、光纤传感器的基本类型及其相关应用。 关键词：传感器；光纤通信；禁带宽度；光纤传感温度计；光纤传感压强计。 1.序言 光纤传感技术是二十世纪七十年代左右随着光纤通信技术的萌芽而迅速建立起来的，通过以光波这一载体并光纤这一媒质，起到具有感知与信号传输的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点。传感技术是近几年热门的应用技术，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智慧化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 现阶段，光纤传感领域在世界中的发展大致分为两大方面：应用开发与相关原理性研究。 2.1光纤传感器的结构原理 以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接，见图(a)。光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。 可见,光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。

光纤传感器在温度测量中的应用

光纤传感技术是伴随光通信的迅速发展而形成的新技术。在光通信系统中，光纤是光波信号长距离传输的媒质。当光波在光纤中传输时，表征光波的相位、频率、振幅、偏振态等特征参量，会因温度、压力、磁场、电场等外界因素的作用而发生变化，故可以将光纤用作传感器元件，探测导致光波信号变化的各种物理量的大小，达就是光纤传感器。利用外界因素引起光纤相位变化来探测物理量的装置，称为相位调制传感型光纤传感器，其他还有振幅调制传感型、偏振态调制型、传光型等各种光纤传感器。 与其他传感器相比，光纤传感器的特点是：抑抗电磁干扰，电绝缘性能好，耐腐蚀，安全可靠。因此可用于强电磁干扰，燃易爆，强腐蚀等环境中。灵敏度高、重丝轻、体积小、光路可变等。光纤传感器测温技术是近年才发展起来的新技术，并已逐渐显露出某些优异特性。可是，正象其他新技术一样，光纤传感器技术并不是万能的，它不是用来代替传统方法，而是对传统测温方法的补充与提高。充分发挥它的特长，就能创造出新的测温方案与技术应用的场合。 光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展的一种新的传感技术。是20世纪70年代中期以来国际上发展最快的高科技应用技术。光纤传感器与以电为基础的传感器有本质区别。光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。以其独有的特质而得以广泛应用，不难看出光纤传感器未来将会有较广阔的应用前景。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城。https://www.sodocs.net/doc/2a14166299.html,/

光纤传感器的基本原理及在医学上的应用

２００8年9月中国医学物理学杂志Sep ．,２００8 第２5卷第5期 ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．25．Ｎｏ．5 光纤传感器的基本原理及在医学上的应用 孙素梅1，陈洪耀2，3，尹国盛2（1.漯河医学高等专科学校，河南漯河462000；2.河南大学物理与电子学院，河南开封 475004；3.中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031） 摘要：目的：本文的目的简要介绍光纤传感器的基本原理和简单分类，重点阐述传光型光纤传感器在医学的压力、流速、ｐＨ值等五方面的应用。方法：光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区，在调制区内，外界被测参数与进入调制区的光相互作用，使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被调制的信号光，再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测物理量。光纤传感器按其传感原理可分为两大类：一类是传光型传感器，另一类是传感型传感器。结果：目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。光纤传感器主要优点：小巧、绝缘、不受射频和微波干扰、测量精度高。医疗上的图象传输是传输型光纤传感器应用中很有特色的一部分。只需将许多光纤组成光纤束，就可以做成能有效地使图象空间量子化的传感器。自从光导纤维引入到内窥镜以后，扩大了内窥镜的应用范围。光导纤维柔软、自由度大、传输图象失真小、直径细等优点使得各种内窥镜检查人体的各个部位几乎都是可行的，且操作中不会引起病人的痛苦与不适。其中光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。在进行激光血管成形术时，血管镜可提供很多重要的信息，用以引导激光辐射的方向，选择激光的能量和持续时间，并可了解在成形术后的治疗效果。光纤内窥镜不仅用于诊断，也正进入治疗领域中，例如用于做息肉切除手术等。微波加温治疗技术是当前治疗癌症的有效途径，但微波加温治疗癌症技术的温度难以控制，而光纤温度传感器恰可以对微波加温治疗癌症的有效温度进行监测，从而使温度不致于过高杀死人体的正常细胞，也不会过低达不到治疗目的，使癌细胞进一步扩散。光纤温度传感器在癌症治疗方面的研究和开发正日益兴起。结论：光纤传感器作为一种优势明显的新型传感器在医学领域得到应用，为治疗疾病提供了一种崭新的方法。可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高，不久的将来光纤传感器必将会进一步推动医学的飞速发展。 关键词：光纤传感器；测量；医学；应用中图分类号：Ｒ３１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：1005-202X （2008）05-0846-05 The Basic Principle and Applications on Medical of Fiber Optic Sensors ＳＵＮＳｕ－ｍｅｉ１，ＣＨＥＮＨｏｎｇ－ｙａｏ２，３，ＹＩＮＧｕｏ－ｓｈｅｎｇ２ （１．ＬｕｏｈｅＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＬｕｏｈｅＨｅ＇ｎａｎ４６２０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅ＇ｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫａｉｆｅｎｇＨｅ＇ｎａｎ４７５００４，Ｃｈｉｎａ；３．ＴｈｅＡｎ＇ｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ） Abstract:Objective:Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｉｍｐｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｏｎｍｅｄｉｃａｌｉｎｂｌｏｏｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｆｌｏｗ，ｔｈｅｐＨｖａｌｕｅｅｔｃ．Method:Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｓｅｎｄｓｏｕｔｔｈｅｐｈｏｔｏｓｏｕｒｃｅｓｅｎｄｓｉｎａｆｔｅｒｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｉｎｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｗｉｔｈｅｎｔｅｒｓｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａｔｈｅｌｉｇｈｔｔｏａｆｆｅｃｔｍｕｔｕａｌｌｙ，ｃａｕｓｅｓｔｈｅｌｉｇｈｔｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｐｈａｓｅ，ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｔｏｏｃｃｕｒｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｏｔｈｅｓｉｇｎａｌｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｍｏｄｕｌａｔｅｓ，ａｇａｉｎｐａｓｓｅｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｓｅｎｄｉｎｔｈｅｌｉｇｈｔｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒｏｂｔａｉｎｓｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｑｕａｎｔｉｔｙ．Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｍａｙｄｉｖｉｄｅｉｎｔｏｔｗｏｋｉｎｄｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｓｅｎｓｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ：ｏｎｅｋｉｎｄｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ；ｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ．Result:Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｍａｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｅｄｉｃｉｎｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｍａｉｎａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒａｒｅ：ｅｘｑｕｉｓｉｔｅ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ｎｏｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｓh ｉｇｈ．Ｔｈｅｉｍａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｍｅｄｉｃａｌｉｓｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｐａｒｔｏｆ ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅｓｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｏｎｌｙｔｉｅａｐｌｅｎｔｙｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓ，ｗｅｃｏｕｌｄｍａｋｅｔｈｅｓｅｎｓｏｒｗｈｉｃｈｃａｎｃａｕｓｅｔｈｅｉｍａｇｅｓｐａｃｅ 收稿日期：2008-03-10 作者简介：孙素梅（1954-），女，漯河医学高等专科学校物理教研室 副教授。Tel ：0395-296452713939575106；E -mail ： sunsumei2007@https://www.sodocs.net/doc/2a14166299.html, 。 846--

世界各国传感器的研究现状及发展趋势

世界各国传感器的研究现状 传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之创立，日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。 世界技术发达国家对开发传感器技术部十分重视。美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有６项与传感器信息处理技术直接相关。关于保护美国武器系统质量优势至关重要的关键技术，其中８项为无源传感器。美国空军2000年举出15项有助于提高21世纪空军能力关键技术，传感器技术名列第二。日本对开发和利用传感器技术相当重视并列为国家重点发展６大核心技术之一。日本科学技术厅制定的90年代重点科研项目中有70个重点课题，其中有18项是与传感器技术密切相关。美国早在80年代初就成立了国家技术小组，帮助政府组织和领导各大公司与国家企事业部门的传感器技术开发工作。 传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置——传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”。传感器开始受到普遍重视，从八十年代起，逐步在世界范围内掀起了一股“传感器热”。美国国防部将传感器技术视为今年20项关键技术之一，日本把传感器技术与计算机、通信、激光半导体、超导并列为６大核心枝术，德国视军用传感器为优先发展技术，英、法等国对传感器的开发投资逐年升级，原苏联军事航天计划中的第五条列有传感器技术。正是由于世界各国普遍重视和投入开发，传感器发展十分迅速，在近十几年来其产量及市场需求年增长率均在10％以上。目前世界上从事传感器研制生产单位已增到5000余家。美国、欧洲、俄罗斯各自从事传感器研究和生产厂家1000余家，日本有800余家。 世界各国传感器的发展趋势 目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。如今传感器新技术的发展，主要体现在以下几个方面： 引入新技术发展新功能：随着人们对自然认识的深化，会不断发现一些新的物理效应、化学效应、生物效应等。利用这些新的效应可开发出相应的新型传感器，从而为提高传感器性能和拓展传感器的应用范围提供新的可能。图尔克市场技术部产品经理兼技术支持主管杨德友表示，“目前传感器界的最大特点就是不断引入新技术发展新功能。”如检测金属产品位置的电感式接近开关，它利用金属物体接近能产生电磁场的振荡感应头时在被测金属上形成的涡流效应来检测金属产品的位置。由于不同金属涡流效应的效果不同，因此不同金属的检测距离是不一样的，尤其是面对各类合金时，普通的电感式接近开关就显得力不从心，这就要求生产厂商在提高产品功能上下功夫。 利用新材料开发新产品：传感器材料是传感器技术的重要基础，随着材料科学的进步，人们可制造出各种新型传感器。例如用高分子聚合物薄膜制成温度传感器，光导纤维能制成压力、流量、温度、位移等多种传感器，用陶瓷制成压力传感器。 高分子聚合物能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附和释放水分子。将高分子电介质做成电容器，测定电容容量的变化，即可得出相对湿度。利用这个原理制成的等离子聚合法聚

光纤传感器的主要应用领域

关于传感系统中光纤的应用有基本其实本站早就有探讨过。对于光纤的传输特性，在传感器技术中的要求与其在工业中应用中是不同的：邮政，电报等方面的应用中不希望的（如损耗），在传感技术中恰恰是可以利用的。在光纤传感技术中，为了获得所期望的灵敏度，可以将光纤“增敏”或者“去敏”，就是比如果只是采用通讯用普通光纤，那么光纤传感器性能将受到限制。根据传感技术的需虽选用新的材料、设计特殊结构的专用光纤是光纤传感技术发展的一个基础课题。 传感器的概念并不陌生，可以类似人的眼睛就是一种传感器。人步行时，要用眼睛观察道路状况，由大脑作出判断并控制着步行的方向和行动，这样才能保证安全行走。在人类有目的指向的行为中，关于目标的识别和判断都是必不可少的。在工程技术中控制和测量的关系也是如此：要实现准确的自动控制，必须从工程对象那里得到信息，在其基础上作出准确的判断。微型计算机的发展不仅带来了计测技术本身的高度发民同时也促进了高可靠快自动控制机器的发展与普及。无论是计测还是控制，其最重要的部分都是作为来自待测目标的信息入口的传感器。随着对于计测和控制方面的要求越来越民相应的实现各种目的传感器的研制开发都迅速展开。 至于光纤传感器，可以这样定义：一种用来检测光在光纤中传播时，因光纤的全部或部分环节所在环境（物理量或化学置或生物虽等）的变化带来的光传榆特性改变的装置。光纤传感器与传统的各类传感器相比，有独特的优点。光纤本身用作基本传感器，具有高灵敏度，抗电磁干扰，耐腐蚀、防爆及不干扰被测场等特点;光纤作为传感信号的传送系统，与传统的金属线路相比，具有抗电磁场相地球环流的干扰、可靠住高、安全及可长距离传送等优点;并且便于与计算机连接、与光纤传输系统组成遥测网络;加之光纤传感器结构简单、体积小、重量，因此光纤传感器有着广泛的应用潜力。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城。https://www.sodocs.net/doc/2a14166299.html,/