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三十多年以來，光纖傳感器充分利用其自身獨特優(yōu)勢不斷加大科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)和商業(yè)應(yīng)用，已在全球范圍內(nèi)取得巨大成功。 一、傳感器的概念及優(yōu)點 (1)傳感器的概念 傳感器是把一個物理量、電氣量或其他量的絕對值或其變化轉(zhuǎn)換成一個可以通過觀察或由儀器輸出信號的器件、設(shè)備或系統(tǒng)�？梢愿袘�(yīng)到的參量有如：溫度、壓力、應(yīng)變、速度、轉(zhuǎn)動、光和輻射、電、磁、聲、氣體和化學(xué)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(chǎn)生變化，都可用于構(gòu)成傳感器。廣泛使用的傳感器包括：電阻、電感、電容、半導(dǎo)體、光電、壓電、機械和MEMS等。 (2)光纖傳感器的優(yōu)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(huán)境； 6 能進行遠程和多通道復(fù)用操作； 7 體積小，重量輕； 8 集成遙測，光纖本身是數(shù)據(jù)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(tǒng) 1.光纖傳感器基本類型 光纖傳感器有兩個基本類型： �。╝）本征（功能）型光纖傳感器，感應(yīng)信號由光纖本身產(chǎn)生； �。╞）非本征（導(dǎo)光 ）型光纖傳感器，需要外加傳感器提供感應(yīng)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?zhèn)鞲衅�、微彎光纖傳感器、黑體傳感器。 �。╞）非本征（導(dǎo)光 ）型傳感器 光時域反射計、光頻域反射計、 法布里-珀羅 干涉儀、全內(nèi)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(tǒng)。 三、光纖傳感器應(yīng)用 (1)光纖傳感器的分類 光纖傳感器按其響應(yīng)的環(huán)境參量分類： 溫度光纖傳感器、壓力光纖傳感器、聲學(xué)光纖傳感器（如水聽 器）、應(yīng)變光纖傳感器、位移光纖傳感器、旋轉(zhuǎn)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(xué)光纖傳感器、生物和醫(yī)學(xué)光纖傳感器。 (2)光纖傳感器的應(yīng)用 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(chǔ)建設(shè)：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(xué)：醫(yī)用溫度壓力、顱內(nèi)壓測量、微創(chuàng)手術(shù)、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(nèi)被準(zhǔn)分子激光脈沖（10Hz，0.5 J/cm2，248nm）寫入。 現(xiàn)在我們處在信息時代，建設(shè)智能社會需要先進的傳感系統(tǒng)！光纖傳感是傳感器家族中一員新秀，前程尚難以估量。當(dāng)前光纖傳感器市場是零散的，但多數(shù)應(yīng)用具有共同的技術(shù)基礎(chǔ)，許多器件和系統(tǒng)已進入商用階段，市場份額逐年擴大。市場已從2009年的衰退開始復(fù)蘇，普遍的共識是年增長率將在10％至25％的范圍內(nèi)。 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(chǔ)設(shè)施； 5 政府支援撥款。 發(fā)展光纖傳感器的挑戰(zhàn)因素有： 1 非光子技術(shù)競爭（MEMS，無線等）； 2 盡快對產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制定； 3 成本因子。 五、全球宏觀經(jīng)濟環(huán)境 與傳統(tǒng)的機電和電子傳感器相比，光纖傳感器有著一系列獨特的優(yōu)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(jié)構(gòu)健康管理（監(jiān)控）（SHM）等方面的應(yīng)用幾乎是獨一無二的，是其他類型傳感器無法比擬的。從目前光纖傳感器已取得的成就來看，未來光纖傳感器應(yīng)用規(guī)�？峙律袩o法估量。 眾所周知，光纖通信在不長的時間內(nèi)，幾乎完全戰(zhàn)勝了傳統(tǒng)的銅線通信。其實對光纖來說，目前只是開發(fā)和利用了石英光纖優(yōu)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(huán)境參數(shù)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，完全可以相信繼光纖通信后，光纖傳感器將是光纖技術(shù)領(lǐng)域又一新興產(chǎn)業(yè)正在迅速崛起，并且相信未來將會有更多的光纖新興產(chǎn)業(yè)出土、開花、結(jié)果。 |
