光纤传感器的发展及其应用综述

光纤传感器的发展及其应用综述

应用技术

光纤传感器的发展及其应用综述李文植鄂州大学电子工程系湖北鄂州。

摘要综述了近年来世界范围内光纤传感器技术的应用和发展,,

首先介绍了光纤传感器的基本

构成及原理然后分析了国内外光纤传感器的研究现状和发展方向接着介绍了光纤传感器的一些重

要应用

。

最后对传感器的发展进行了小结与展望传感器光纤传感器

。

关键词

光纤光栅

光纤传感技术

光纤通信信是主体、

、

卫星通信和无线电通信,

展的热点和关键

出射光纤和入射光纤是不连续的。

,

两者

是现代通信网的三大支柱,

其中光纤通、

光纤传感器随着光纤通信技,、、

光纤传感器的基本构成及原理光纤传感器由光源人射光纤出射光纤成。、、、

之间的调制器是光谱变化的敏感元件或

其它性质的敏感元件,

在传感型光纤传

术的实用化有了迅速发展且以体积小

感器中光纤兼有对被测信号的传输作

重量轻检测分辨率高灵敏度高测温范围宽保密性好抗电磁干扰能力强、

光调制器

、

光探测器及解调器组

用将信号的感和传合而为一因此,

“

”

“

”

、

、

、

其基本原理是将光源的光经人射光,

这类传感器中光纤是连续的

。

抗腐蚀性强等明显优于传统传感器的特点广泛应用于工业生产医疗卫生国,、

纤送入调制区、、

光在调制区内与外界被,

测参数相互作用使光的光学性质如强度波长频率相位偏振态等发生化、、

国内外光纤传感器的研究现状和发展方向国内外的研究状况

防工程等重要部门技术、

。

随着密集波分复用技

掺饵光纤放大器、

学变化而成为被调制的信号光

,

再经出

术和光时分复用,

技术的发展和成,

射光纤送人光探测器测参数,

、

解调器而获得被

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,

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网络演进。,

。

光纤传感器按传感原理可分为

并且逐步向全光原理性研究与应,

两类一类是传光型或称非功能型传感器另一类是传感型或称功能型传,

引起了高度的重视各国更是竞相研究开,

当前世界上光纤传感领域的

发并引起激烈的竞争、

。

美国是研究

光纤,

发展可分为两大方向用开发。

感器

。

在传光型纤传感器中光纤仅作为,

,

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。,

随着光纤技术的日趋成熟对光

光的传输媒质

对被测信号的感觉是靠,

纤传感器实用化的开发成为整个领域发习

其它敏感元件来完成的池汽坎嫉示宫万公业尔,标习尔‘乏,

这种传感器中

在军事应用方面研究和开发主要,

标断禅业尔它乖衡神扮尔过杯理翔池

奋公仑

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万业纷涎‘尔乏示尧不之业

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标也吊闷了民比

匕

,

动

沁

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凡,由

。

图

锁定放大器的仿真电路模型

砂…叮图

锁定放大器仿真输出波形

图

锁定放大器的

丁

模型

仿真时,

,

输入为正弦信号林,

,

频率,

即锁定放大器起到了一个斩波的作用参考文献曾宪勇微弱信号检测出版社,

。

路模型如图

所示

。

幅度

在图

的模型下未

经线性放大的仿真输出结果幅度为

杭州浙江大学

结果与讨论在中,

林

,

频率为

队

。

波形如图

所

版本的

盛

不

官方

网站

刀

川

对图。

所示的锁定放大器模型进行想了

输出波形在三个周期之后就比较理。

了仿真

从图中也可看出锁定放大器将输,

,

责任编辑

笑

天

人的交流正弦波变成了直流的正弦波

光纤传感器的发展及其应用综述

科技创业易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、、、

要在低角速率下获得高灵敏度

,

必须使。

等需要检测氧气碳氢化合物,

,

、

、

等气

干涉仪工作在最大灵敏度处在相位正交点工作。

即

体采用电类传感器不但达不到要求的精度更严重的是会引起安全事故,

射检测的光纤传感器等

。

美国也是最早。

这可以通过在两束。

。

因此研,

,

将光纤传感器用于民用领域的国家、

如、

反向传播的光之间引人一个单向相移偏置来实现正交点工作状态信技术的发展目前。,

究和开发高性能的光纤气敏传感器可以

运用光纤传感器监测电力系统的电流,

由于光纤通,

安全有效地实现上述检测、

。

电压温度等重要参数监测桥梁和重要

的成本在逐渐降低

在环境监测临床医学检测食品

、

建筑物的应力变化检测肉类和食品的细,

被认为是

最合算的定位系统测

安全检测等方面由于其环境复杂影响因素多使用其它传感器达不到所需要的,

,

,

菌和病毒等究与开发。

。

日本和西欧各国也高度重

量仪器件。

它最大的优点是耐用它不像机、

,

视并投入大量经费开展光纤传感器的研

械陀螺仪

环形激光陀螺仪有可动部,

精度并且易受外界因素的干扰采用光纤传感器可以具有很强的抗干扰能力和,

,

,

世纪

年代由东芝日本,,

、

基于这些优点

将在军事应用。

电气等巧家公司和研究机构

研究开发

和商业化方面起重要作用

较高的精度可实现对上述各领域的生物,

出器。

科具有一流水平的民用光纤传感,

光纤传感器的技术发展方向

量的快速方便准确地检测,,

、

、

。

目前我国、

,

西欧各国的大型企业和公司也积极,

光纤传感技术及其相关技术的迅速发展,

水源的污染情况严重临床检验食品安全检测手段比较落后光纤传感器在这些领域具有极好的市场前景医学及生物传感器。。

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、

满足了各类控制装置及系统对信,

法国的汤。

息的获取与传输提出的更高要求

使得

姆逊公司和德国的西门子公司等在世纪,

我国

各领域的自动化程度越来越高。,

,

作为系

医学临床应

年代末就开始了光纤传感。

统信息获取与传输核心器件的光纤传感

用光纤辐射剂量计

、

呼吸系统气流传感

器的研究其起步时间与国际相差不远,

器的研究非常重要

目前光纤传感器技。

系统

圆锥形微型用

测量氧气浓度及探测氢氧化物及光纤表面细胞质粒基生物适应、

目前已有上百个单位在这一领域开展工

术发展的主要方向是

多用途

。

即一,

其他生物参数其他化学污染物

作如清华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、

,

、

、

种光纤传感器不仅只针对一种物理量要能够对多种物理量进行同时测量。、

、

因组共振生物传感器、

系。

所等

。

他们在光纤温度传感器压力计、、

、

、

提高分布式传感器的空间分辨率,,

灵敏

统应用于海水监测生化技术医药

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,

、

度降低其成本设计复杂的传感器网络工程、

。

注意分布式传感器的参数,

,

即压、

小结光纤传感技术经过也已获得长足的进步性的产品的

果其中相当数量的研究成果具有很高的

,

力温度特别是化学参数碳氢化合物

余年的发展

实用价值有的达到世界先进水平,,

。

与发

一些污染物湿度响。

、

、

值等对光纤的影、

,

出现了很多实用

达国家相比我国的研究水平还有不小的差距,

新型传感材料传感技术等的开在恶劣条件下高温高压化学、、

,

然而实际的需要是各种各样

主要表现在商品化和产业化方面,

,

发

。

、

、

,

光纤传感技术的现状仍然远远不能,

大多数品种仍处于实验室研制阶段不能投人批量生产和工程化应用。

腐蚀低成本传感器支架连接安装的开发和应用。

满足实际需要,

还有许多有待研究的课。

光纤连接器及与其它。

题①感器的实用化研究传应用研究。

提高传感系

几种主要的光纤传感器介绍长周期光纤光栅和,

微技术结合的微光学技术型。

统尤其是传感器的性价比②感器的传在现有的科研成果基础上大,

光纤传感器的应用光纤传感器的应用范围很广几乎涉,

在位相匹配的条件下。

将向前传播

力开展应用研究和应用成果宣传,

③新

的主要模式与后向传播的主要模式揭

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,

传感机理的研究开拓新型光纤传感器

合长周斯光纤光栅够同时反射不同的波长都被用在各种类型的。

将前向光栅能所有这些光栅。

④传感器用特殊光纤材料和器件的研究。

中使用解决了许多行业多年来一直存在,

例如增敏和去敏光纤荧光光纤电。

、

、

的技术难题具有很大的市场需求

,

。

主要

极化光纤的研究等

这些将是以后传感。

其中纤陀螺仪

应用最多第一份关于光

。

表现在以下几个方面

器进一步发展的趋势、、

的报道出现在。

年现它的基。

,

城市建设中桥梁大坝油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的应用。

参考文献贺安之现代传感器原理及应用【北京宇

在也有很多关于这方面的研究

本原理很简单即,,,

干涉仪相对而

。

在混凝土中嵌人光纤传感器或加强性光纤凝结物在飞机场用干涉型光纤震动。

航出版社

,

言它是一个很成功的应用例子

在旋转。

郑宏军两种典型的光纤传感器研究现状

的光纤圈中有两束反向传播的光,

由于,

传感器系统监测交通,

和发展趋势,、

传感技术学报,,

经过的路程不同传播的时间也不同导

在电力系统需要测定温度电流

尚丽平张淑清史佛珊等光纤光栅传感器的现状与发展田燕山大学学报,,

,

致了不同的位相一样,

。

因此像典型的干涉仪。

,

等参数如对高压变压器和大型电机的定,

的输出是余弦函数。

的相,

子转子内的温度检测等由于电类传感,

、

杨春曦胡中功戴克中等光纤传感器的应用及发展田,

武汉化工学院学报,

移检测存在一些实际问题

例如,

它是

器易受强电磁场的干扰无法在这些场合,

何慧灵赵春梅陈丹等光纤传惑器现状田激光与光电子进展仪岭,

工作在常规的零光程差状态

它的灵敏。

中使用只能用光纤传感器,、

。

度随着角速度趋于零而趋于零

因此

,

在石油化工系统矿井大型电厂

、

‘责任编辑

笑

天

科技创业月刊

年第

期