試論測(cè)量領(lǐng)域的主導(dǎo)力量-光纖傳感器的應(yīng)用綜述

試論測(cè)量領(lǐng)域的主導(dǎo)力量——光纖傳感器的應(yīng)用綜述【論文關(guān)鍵詞】：光纖傳感器；光纖光柵；光纖傳感技術(shù)；光纖通信【論文摘要】：介紹了光纖傳感器的根本構(gòu)成及原理，綜述了近年來(lái)光纖傳感器技術(shù)的應(yīng)用和開(kāi)展，對(duì)光纖傳感技術(shù)的研究開(kāi)展方向進(jìn)展了展望。光纖傳感器隨著光纖通信技術(shù)的實(shí)用化有了迅速開(kāi)展，且以體積孝重量輕、檢測(cè)分辨率高、靈敏度高、測(cè)溫范圍寬、保密性好、抗電磁干擾才能強(qiáng)、抗腐蝕性強(qiáng)等明顯優(yōu)于傳統(tǒng)傳感器的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍深化至國(guó)防軍事、航天航空、土木工程、電力、能源、環(huán)保、醫(yī)學(xué)等?，F(xiàn)如今光纖傳感器已經(jīng)可以對(duì)溫度、壓力、溫度、振動(dòng)、電流、電壓、磁場(chǎng)等物理量進(jìn)展測(cè)定，開(kāi)展空間相當(dāng)廣闊。1.光纖傳感器的根本構(gòu)成和組成原理光纖傳感器主要由光源、光纖與探測(cè)器3局部組成，光源發(fā)出的光耦合進(jìn)光纖，經(jīng)光纖進(jìn)入調(diào)制區(qū)，在調(diào)治區(qū)內(nèi)，外界被測(cè)參數(shù)作用于進(jìn)入調(diào)區(qū)內(nèi)的光信號(hào)，是其光學(xué)性質(zhì)如光的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等發(fā)生變化成為被調(diào)制的信號(hào)光，再經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器而獲得被測(cè)參數(shù)，光纖傳感器中的光纖通常由纖芯、包層、樹(shù)脂涂層和塑料護(hù)套組成，纖芯和包層具有不同的折射率，樹(shù)脂涂層對(duì)光纖起保護(hù)作用，光纖按材料組成分為玻璃光纖和塑料光纖；按光纖纖芯和包層折射率的分布可分為階躍折射率型光纖和梯度折射率光纖兩種。光纖可以約束引導(dǎo)光波在其內(nèi)部或外表附近沿軸線方向向前傳播，具有感測(cè)和傳輸?shù)碾p重功能，是一種非常重要的智能材料。2.光纖傳感器的類型及特點(diǎn)光纖傳感器的類型很多，按光纖傳感器中光纖的作用可分為傳感型和傳光型兩種類型。傳感型光纖傳感器又稱為功能型光纖傳感器，主要使用單模光纖，光纖不僅起傳光作用，同時(shí)又是敏感元件，它利用光纖本身的傳輸特性經(jīng)被測(cè)物理量作用而發(fā)生變化的特點(diǎn)，使光波傳導(dǎo)的屬性(振幅、相位、頻率、偏振)被調(diào)制。因此，這一類光纖傳感器又分為光強(qiáng)調(diào)制型，偏振態(tài)調(diào)制型和波長(zhǎng)調(diào)制型等幾種。對(duì)于傳感型光纖傳感器，由于光纖本身是敏感元件，因此加長(zhǎng)光纖的長(zhǎng)度可以得到很高的靈敏度。傳光型光纖傳感器又稱非功能型光纖傳感器，它是將經(jīng)過(guò)被測(cè)對(duì)象所調(diào)制的光信號(hào)輸入光纖后，通過(guò)在輸出段進(jìn)展光信號(hào)處理而進(jìn)展測(cè)量的。在這類傳感器中，光纖僅作為傳光元件，必須附加可以對(duì)光纖所傳遞的光進(jìn)展調(diào)治的敏感元件才能組成傳感元件。3.光纖傳感器的應(yīng)用光纖傳感器的應(yīng)用范圍很廣，幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有重要領(lǐng)域和人們的日常生活，尤其可以平安有效地在惡劣環(huán)境中使用，解決了許多行業(yè)多年來(lái)一直存在的技術(shù)難題，具有很大的市場(chǎng)需求。主要表如今以下幾個(gè)方面的應(yīng)用:(1)城市建立中橋梁、大壩、油田等的干預(yù)陀螺儀和光柵壓力傳感器的應(yīng)用。光纖傳感器可預(yù)埋在混凝土、碳纖維增強(qiáng)塑料及各種復(fù)合材料中，用于測(cè)試應(yīng)力松弛、施工應(yīng)力和動(dòng)荷載應(yīng)力從而來(lái)評(píng)估橋梁短期、施工階段和長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)狀態(tài)的構(gòu)造性能。(2)在電力系統(tǒng)，需要測(cè)定溫度、電流等參數(shù)，如對(duì)高壓變壓器和大型電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)的溫度檢測(cè)等，由于電類傳感器易受強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾，無(wú)法在這些場(chǎng)合中使用，只能用光纖傳感器。分布式光纖溫度傳感器是近幾年開(kāi)展起來(lái)的一種用于實(shí)時(shí)測(cè)量空間溫度場(chǎng)分布的高新技術(shù)，分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)不僅具有普通光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)，還具有對(duì)光纖沿線各點(diǎn)的溫度的分布式傳感才能，利用這種特點(diǎn)我們可以連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量光纖沿線幾公里內(nèi)各點(diǎn)的溫度，定位精度可達(dá)米的量級(jí)，測(cè)溫精度可達(dá)1度的程度，非常適用于大范圍多點(diǎn)測(cè)溫的應(yīng)用場(chǎng)合。(3)在石油化工系統(tǒng)、礦井、大型電廠等，需要檢測(cè)氧氣、碳?xì)浠衔?、等氣體，采用電類傳感器不但達(dá)不到要求的精度，更嚴(yán)重的是會(huì)引起平安事故。因此，研究和開(kāi)發(fā)高性能的光纖氣敏傳感器，可以平安有效地實(shí)現(xiàn)上述檢測(cè)。(4)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、臨床醫(yī)學(xué)檢測(cè)、食品平安檢測(cè)等方面，由于其環(huán)境復(fù)雜，影響因素多，使用其它傳感器達(dá)不到所需要的精度，并且易受外界因素的干擾，采用光纖傳感器可以具有很強(qiáng)的抗干擾才能和較高的精度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)上述各領(lǐng)域的生物量的快速、方便、準(zhǔn)確地檢測(cè)。目前，我國(guó)水源的污染情況嚴(yán)重，臨床檢驗(yàn)、食品平安檢測(cè)手段比擬落后，光纖傳感器在這些領(lǐng)域具有極好的市場(chǎng)前景。(5)醫(yī)學(xué)及生物傳感器。醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用光纖輻射劑量計(jì)、呼吸系統(tǒng)氣流傳感系統(tǒng);圓錐形微型fs測(cè)量氧氣濃度及其他生物參數(shù);用fs探測(cè)氫氧化物及其他化學(xué)污染物;光纖外表細(xì)胞質(zhì)?；蚪M共振生物傳感器;生物適應(yīng)fs系統(tǒng)應(yīng)用于海水監(jiān)測(cè)、生化技術(shù)、醫(yī)藥。光纖傳感器在理論中運(yùn)用到的例子舉不勝舉，這些技術(shù)都是多學(xué)科的綜合，涵蓋的知識(shí)面廣，象光纖陀螺，火花塞光纖傳感器，光纖傳感復(fù)合材料，以及利用光纖傳感器對(duì)植物葉綠素的研究等等；隨著科技的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的光纖傳感器將面世，它將被應(yīng)用到消費(fèi)生活的每一個(gè)角落。4.光纖傳感器的技術(shù)開(kāi)展方向光纖傳感技術(shù)經(jīng)過(guò)20余年的開(kāi)展也已獲得長(zhǎng)足的進(jìn)步，出現(xiàn)了很多實(shí)用性的產(chǎn)品，然而實(shí)際的需要是各種各樣的，光纖傳感技術(shù)的現(xiàn)狀仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需要。目前，光纖傳感器技術(shù)開(kāi)展的主要方向是。(1)傳感器的實(shí)用化研究。即一種光纖傳感器不僅只針對(duì)一種物理量，要可以對(duì)多種物理量進(jìn)展同時(shí)測(cè)量。(2)進(jìn)步分布式傳感器的空間分辨率、靈敏度，降低其本錢，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)傳感器用特殊光纖材料和器件的研究。例如:增敏和去敏光纖、熒光光纖、電極化光纖的研究等。這些將是以后傳感器進(jìn)一步開(kāi)展的趨勢(shì)。(4)在惡劣條件下(高溫、高壓、化學(xué)腐蝕)低本錢傳感器(支架、連接、安裝)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。(5)新傳感機(jī)理的研究，開(kāi)拓新型光纖傳感器。參考文獻(xiàn)[1]肖軍,王穎.光纖傳感技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望[j].機(jī)械管理開(kāi)發(fā),2022,6.[2]吳潔,薛玲玲.光纖傳感器的研究進(jìn)展[j].激光雜志,2022,5.[3]