传感器新秀：光纤传感现状及展望-仪表展览网

传感器新秀：光纤传感现状及展望
一、传感器的概念及优点

1、传感器的概念

传感器是把一个物理量、电气量或其他量的***或其变化转换成一个可以通过观察或由仪器输出信号的器件、设备或系统。可以感应到的参量有如：温度、压力、应变、速度、转动、光和辐射、电、磁、声、气体和化学品、周围物体等。

几乎材料所有的物理特性，能在某些激励下产生变化，都可用于构成传感器。广泛使用的传感器包括：电阻、电感、电容、半导体、光电、压电、机械和MEMS等。

2、光纤传感器的优点

电气绝缘;

抗电磁干扰;

没有对电力的需要;

固有**性;

能用于许多特殊工作环境;

能进行远程和多通道复用操作;

体积小，重量轻;

集成遥测，光纤本身是数据传输通道;

宽的带宽;

高灵敏度。

二、光纤传感器原理元件及系统

1、光纤传感器基本类型

光纤传感器有两个基本类型：

（a）本征（功能）型光纤传感器，感应信号由光纤本身产生;

（b）非本征（导光）型光纤传感器，需要外加传感器提供感应信号，光纤用作光信号传输。

2、光纤传感器的类型

（a）本征（功能）型光纤传感器

光纤陀螺仪、光纤光栅、光纤干涉传感器、微弯光纤传感器、黑体传感器。

（b）非本征（导光）型传感器

光时域反射计、光频域反射计、法布里-珀**涉仪、全内反射传感器、光栅传感器、荧光传感器、吸收传感器、多点式传感器WDM系统。

三、光纤传感器应用

1、光纤传感器的分类

光纤传感器按其响应的环境参量分类：

温度光纤传感器、压力光纤传感器、声学光纤传感器（如水听器）、应变光纤传感器、位移光纤传感器、旋转光纤传感器（如光纤陀螺）、振动光纤传感器电，磁光纤传感器（如电流光纤互感器）、气体和化学光纤传感器、生物和医学光纤传感器。

2、光纤传感器的应用

石油和天然气：油藏监测井下的P/T传感、地震阵列、能源工业、发电厂、锅炉及蒸汽涡轮机、电力电缆、涡轮机运输、炼油厂；

航空航天：喷气发动机、火箭推进系统、机身；

民用基础建设：桥梁、大坝、道路、隧道、滑坡；

交通运输：铁路监控、运动中的重量、运输**；

生物医学：医用温度压力、颅内压测量、微创手术、一次性探头。

四、光纤布拉格光栅（FBG）

采用位相掩模制造FBG

纤芯是共掺硼和本征光敏的，无需载氢。纤芯的尺寸是与通信光纤兼容的。采用此光纤，1nm宽和15mm长的透射光栅可以在几分钟内被准分子激光脉冲（10Hz，0.5J/cm2，248nm）写入。

现在我们处在信息时代，建设智能社会需要先进的传感系统！光纤传感是传感器家族中一员新秀，前程尚难以估量。当前光纤传感器市场是零散的，但多数应用具有共同的技术基础，许多器件和系统已进入商用阶段，市场份额逐年扩大。市场已从2009年的衰退开始复苏，普遍的共识是年增长率将在10％至25％的范围内。推动光纤传感器增长的主要因素为：

对石油和天然气日益增长的需求；

迫切探求替代能源；

建立高度周边和国土**；

智能基础设施；

政府支援拨款。

发展光纤传感器的挑战因素有：

非光子技术竞争（MEMS，无线等）；

尽快对产品标准的制定；

成本因子。

五、全球宏观经济环境

与传统的机电和电子传感器相比，光纤传感器有着一系列独特的优点。尤其是分布式光纤传感器在大型建筑工程、桥梁隧道、铁道公路、油气管道、结构健康管理（监控）（SHM）等方面的应用几乎是****的，是其他类型传感器无法比拟的。从目前光纤传感器已取得的成就来看，未来光纤传感器应用规模恐怕尚无法估量。

众所周知，光纤通信在不长的时间内，几乎完全战胜了传统的铜线通信。其实对光纤来说，目前只是开发和利用了石英光纤优良的传光特性。而光纤传感器不仅利用光纤的传光特性，更利用了光纤对环境参数的敏感特性。其实，光纤还有许多特性正在利用或尚未利用，例如光纤放大器、光纤激光器、光纤功率传输、光纤信号处理。