應(yīng)用編輯 語(yǔ)音
絕緣于污穢、磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉(zhuǎn)矩、光聲、電流,光纖傳感器可用于位移、震動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、壓力、彎曲、應(yīng)變、速度、加速度、電流、磁場(chǎng)、電壓、濕度、溫度、聲場(chǎng)、流量、濃度、PH值和應(yīng)變等物理量的測(cè)量。光纖傳感器的應(yīng)用范圍很廣,幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防上所有重要領(lǐng)域和人們的日常生活,尤其可以安全有效地在惡劣環(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。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的應(yīng)用:
城市建設(shè)中橋梁、大壩、油田等的干涉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,從而評(píng)估橋梁短期施工階段和長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)性能。
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(lèi)傳感器易受電磁場(chǎng)的干擾,無(wú)法在這類(lèi)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發(fā)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)不僅具有普遍光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn),還具有對(duì)光纖沿線各點(diǎn)的溫度的分布傳感能力,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)溫度,定位精度可達(dá)米的量級(jí),測(cè)量精度可達(dá)1度的水平,非常適用大范圍交點(diǎn)測(cè)溫的應(yīng)用場(chǎng)合。
此外,光纖傳感器還可以應(yīng)用于鐵路監(jiān)控、火箭推進(jìn)系統(tǒng)以及油井檢測(cè)等方面。
光纖同時(shí)具備寬帶、大容量、遠(yuǎn)距離傳輸和可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)、分布式、低能耗傳感的顯著優(yōu)點(diǎn)。光纖傳感可以不斷汲取光纖通信的新技術(shù)、新器件,各種光纖傳感器有望在物聯(lián)網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。 [4]
案例編輯 語(yǔ)音
土木工程領(lǐng)域
隨著光纖傳感器技術(shù)的發(fā)展,在土木工程領(lǐng)域光纖傳感器得到了廣泛的應(yīng)用,用來(lái)測(cè)量混凝土結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)部應(yīng)力,檢測(cè)大型結(jié)構(gòu)、橋梁健康狀況等,其中主要的都是將光纖傳感器作為一種新型的應(yīng)變傳感器使用。
光纖傳感器可以黏貼在結(jié)構(gòu)物表面用于測(cè)量,同時(shí)也可以通過(guò)預(yù)埋實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部物理量的測(cè)量。利用預(yù)先埋入的光纖傳感器,可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷過(guò)程中內(nèi)部應(yīng)變的測(cè)量,再根據(jù)荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線斜率,可確定結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的形成和擴(kuò)展方式。通過(guò)混凝土實(shí)驗(yàn)表明,光纖測(cè)試的載荷-應(yīng)變曲線比應(yīng)變片測(cè)試的線性度高。 [5]
檢測(cè)技術(shù)
光纖傳感器在航天(飛機(jī)及航天器各部位壓力測(cè)量、溫度測(cè)量、陀螺等)、航海(聲納等)、石油開(kāi)采(液面高度、流量測(cè)量、二相流中空隙度的測(cè)量)、電力傳輸(高壓輸電網(wǎng)的電流測(cè)量、電壓測(cè)量)、核工業(yè)(放射劑量測(cè)量、原子能發(fā)電站泄露劑量監(jiān)測(cè))、醫(yī)療(血液流速測(cè)量、血壓及心音測(cè)量)、科學(xué)研究(地球自轉(zhuǎn))等眾多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。 [5]
石油工業(yè)
在石油測(cè)井技術(shù)中,可以利用光纖傳感器實(shí)現(xiàn)井下石油流量、溫度、壓力和含水率等物理量的測(cè)量。較成熟的應(yīng)用是采用非本征光纖F—P腔傳感器測(cè)量井下的壓力和溫度。非本征光纖F-P腔傳感器利用光的多光束干涉原理,當(dāng)被測(cè)的溫度或者壓力發(fā)生變化時(shí)干涉條紋改變,光纖F—P腔的腔長(zhǎng)也隨之發(fā)生變化,通過(guò)計(jì)算腔長(zhǎng)的變化實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的測(cè)量。 [5]
溫度測(cè)量
光纖傳感技術(shù)是伴隨光通信的迅速發(fā)展而形成的新技術(shù)。在光通信系統(tǒng)中,光纖是光波信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸?shù)拿劫|(zhì)。當(dāng)光波在光纖中傳輸時(shí),表征光波的相位、頻率、振幅、偏振態(tài)等特征參量,會(huì)因溫度、壓力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等外界因素的作用而發(fā)生變化,故可以將光纖用作傳感器元件,探測(cè)導(dǎo)致光波信號(hào)變化的各種物理量的大小,這就是光纖傳感器。利用外界因素引起光纖相位變化來(lái)探測(cè)物理量的裝置,稱(chēng)為相位調(diào)制傳感型光纖傳感器,其他還有振幅調(diào)制傳感型、偏振態(tài)調(diào)制型、傳光型等各種光纖傳感器。 [5]
楊氏模量
采用傳感器測(cè)量?jī)x代替光杠桿鏡尺組組成新的楊氏模量測(cè)量系統(tǒng),不僅操作簡(jiǎn)短,而且提高了測(cè)量結(jié)果的度和準(zhǔn)確度。金屬絲傳統(tǒng)的拉伸法的基本原理是將金屬絲受到砍碼的作用力后的微小伸長(zhǎng)形變量通過(guò)鏡尺組的光路轉(zhuǎn)換而將之放大若干倍數(shù),從而得到微小伸長(zhǎng),再通過(guò)計(jì)算得到楊氏模量值。
而自從有了傳感器,我們把光纖傳感器測(cè)量新方法和上述方法對(duì)比,光纖傳感器的測(cè)量在靈敏度、度及準(zhǔn)確度上都有提高。紅外光測(cè)距系統(tǒng)測(cè)量的基本原理為采用紅外光光纖傳感器直接測(cè)量微小位移,紅外光光纖傳感器對(duì)于3mm以內(nèi)的微小距離測(cè)量的線性度是非常高的。系統(tǒng)由傳感器測(cè)量?jī)x與反射式光纖位移傳感器組成.
反射式光纖位移傳感器的工作原理是采用兩束多模光纖,一端合并組成光纖探頭,另一端分為兩束,分別作為接收光纖和光源光纖。當(dāng)光發(fā)射器發(fā)生的紅外光,經(jīng)光源光纖照射反射體,被反射的光經(jīng)接收光纖,傳光電轉(zhuǎn)換元件將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。其輸出的光強(qiáng)與反射體距光纖探頭的距離之間存在一定的函數(shù)關(guān)系,所以可通過(guò)對(duì)光強(qiáng)的檢測(cè)得到位移量。在楊氏模量?jī)x的金屬絲處的圓柱體上利用磁鐵固定鍍鎳反射金屬片,使其能隨鋼絲伸長(zhǎng)而移動(dòng)。在支架臺(tái)上固定紅外傳感器,而后在傳感器測(cè)量?jī)x上通過(guò)改變位移將實(shí)驗(yàn)得到的電勢(shì)差值,通過(guò)多次測(cè)試,既轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器測(cè)量?jī)x自帶的螟旋測(cè)微儀,也即改變探頭與金屬片的距離和位置,當(dāng)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)記錄的鋼絲仲長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的電勢(shì)差值時(shí),記錄此時(shí)的螺旋測(cè)微儀讀數(shù)。測(cè)試表明采用紅外光測(cè)距此方法操作簡(jiǎn)單。只需將探頭和反射片安裝好后就可以直接開(kāi)始在托盤(pán)上加法碼實(shí)際測(cè)量了,側(cè)量的結(jié)果是明顯優(yōu)于傳統(tǒng)測(cè)試。 [4]
環(huán)境分析編輯 語(yǔ)音
隨著中國(guó)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用環(huán)境的不斷發(fā)展,儀器儀表行業(yè)日新月異,當(dāng)前儀器儀表行業(yè)面臨新的發(fā)展,這一行業(yè)的十二五規(guī)劃(草案),也根據(jù)新時(shí)期的要求,提出了重點(diǎn)發(fā)展的若干關(guān)鍵技術(shù),這對(duì)行業(yè)未來(lái)發(fā)展無(wú)疑有著重要的指導(dǎo)意義。
新型傳感器技術(shù)包括固態(tài)硅傳感器技術(shù)、光纖傳感技術(shù)、生物芯片技術(shù)、基因芯片技術(shù)、圖像傳感器技術(shù)、全固態(tài)慣性傳感器技術(shù)等。“十二五"將以智能傳感器作為重點(diǎn),進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。在光纖傳感領(lǐng)域,重點(diǎn)發(fā)展新原理、新效應(yīng)的傳感技術(shù),傳感器智能技術(shù),傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),微型化和低功耗技術(shù)以及傳感器陣列及多功能多參數(shù)設(shè)計(jì)、制造和封裝技術(shù)。
目前有數(shù)百個(gè)單位在這一領(lǐng)域開(kāi)展工作,如清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、天津大學(xué)、重慶大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等,他們?cè)诠饫w溫度傳感器、壓力計(jì)、流量計(jì)、液位計(jì)、電流計(jì)等領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究。此外,在武漢、上海、廣東、深圳等地,還建立了許多光纖無(wú)源器件生產(chǎn)廠家,市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1200億元以上。
(一)影響行業(yè)發(fā)展的有利因素分析
國(guó)家科委于1987年4月制定的《傳感器發(fā)展政策》確定了必須大力發(fā)展傳感器技術(shù),特別是要把新型傳感器技術(shù)作為優(yōu)先領(lǐng)域予以發(fā)展。1991年 12月30日《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的十年規(guī)劃和八五計(jì)劃的建議》中第21條明確了要大力加強(qiáng)傳感器的開(kāi)發(fā)和在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的普遍應(yīng)用。
(二)影響行業(yè)發(fā)展的不利因素分析
雖然光纖傳感器技術(shù)在實(shí)際檢測(cè)中取得了一些應(yīng)用,但仍存在一些問(wèn)題,如光纖埋入結(jié)構(gòu)的工藝問(wèn)題,雖然可以通過(guò)安裝方式得到改善,但同時(shí)也導(dǎo)致了應(yīng)變要先經(jīng)過(guò)金屬傳遞,然后再由光纖間接感應(yīng)到應(yīng)變,因此需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)修正才能夠進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。同時(shí)光纖傳感器的輸出信號(hào)會(huì)受到光源波動(dòng)、光纖傳輸損耗變化、探測(cè)器老化等因素的影響,這些因素都會(huì)降低光纖傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性。再者目前光纖傳感器實(shí)用性還有待開(kāi)發(fā),同時(shí)其制作成本相當(dāng)昂貴。目前光纖傳感器很大一部分產(chǎn)品還在實(shí)驗(yàn)室階段,因此需要將實(shí)驗(yàn)結(jié)果盡快投入到使用中去。
隨著市場(chǎng)逐漸開(kāi)放和中國(guó)投資環(huán)境的改善以及全球化經(jīng)濟(jì)的進(jìn)程加速,各國(guó)傳感器廠家紛紛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng),這加劇了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。中國(guó)本土傳感器技術(shù)水平與世界水平相比仍存在很大差距,這種差距一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后,另一方面則表現(xiàn)為傳感器自身在智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面的技術(shù)落后。國(guó)產(chǎn)企業(yè)形成了“外強(qiáng)中干"的局面,不僅失去了中產(chǎn)品市場(chǎng),而且直接導(dǎo)致自己能生產(chǎn)的產(chǎn)品品種單一,同質(zhì)化嚴(yán)重,國(guó)產(chǎn)傳感器價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯,但質(zhì)量上與國(guó)外產(chǎn)品相比仍存在一定差距,一般應(yīng)用在對(duì)信號(hào)要求不高的區(qū)域。 [4]
行業(yè)分析編輯 語(yǔ)音
光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器,使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后,導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等)發(fā)生變化,成為被調(diào)制的信號(hào)光,在經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器,經(jīng)解調(diào)后,獲得被測(cè)參數(shù)。
由于在傳統(tǒng)終端市場(chǎng)的應(yīng)用可能性擴(kuò)大以及新應(yīng)用領(lǐng)域的新興機(jī)會(huì)所推動(dòng),2013年全球光纖傳感器市場(chǎng)規(guī)模為18.9億美元。預(yù)計(jì),到2020年,全球光纖傳感器市場(chǎng)預(yù)計(jì)達(dá)35億美元(約合人民幣217.2億元)。
傳統(tǒng)終端市場(chǎng)包括航空航天、國(guó)防、石油天然氣開(kāi)采、基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展和電信行業(yè)。傳統(tǒng)終端市場(chǎng)的發(fā)展將繼續(xù)推進(jìn)全球光纖傳感器市場(chǎng)的增長(zhǎng)。通信行業(yè)從3G到4G網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)過(guò)渡、關(guān)注智能結(jié)構(gòu)的增長(zhǎng)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的新興增長(zhǎng)、石油天然氣領(lǐng)域的發(fā)展都為市場(chǎng)增長(zhǎng)提供了重要機(jī)遇。
尤其是在新興市場(chǎng)中,如中國(guó)和印度,增長(zhǎng)的制造活動(dòng)、上升的汽車(chē)需求、穩(wěn)定的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)活動(dòng)以及國(guó)防支出的增加,都成為全球光纖傳感器行業(yè)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)因素。 [4]
組成結(jié)構(gòu)編輯 語(yǔ)音
光纖傳感器網(wǎng)的三種基本構(gòu)成。
光纖傳感器網(wǎng)有三種基本構(gòu)成,其中一個(gè)叫單點(diǎn)式傳感器。一根光纖在這里僅僅起到傳輸?shù)淖饔?,另外一種叫多點(diǎn)式傳感器,在這里一根光纖把很多傳感器串起來(lái),這樣很多傳感器可以共用光源實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性監(jiān)測(cè)。再有就是智能光纖傳感器。
多點(diǎn)式光纖傳感器,從外表看就是一節(jié)光柵,通過(guò)紫外線照射發(fā)現(xiàn)有周期性的間隔。當(dāng)有光纖入射的時(shí)候,如果光纖的波長(zhǎng)正好等于間隔的兩倍,那么這個(gè)光波將會(huì)受到強(qiáng)烈的反射,而如果光纖受到溫度變化或者應(yīng)變等等,這個(gè)反射波長(zhǎng)將會(huì)發(fā)生變化,這種傳感器在一根光纖上可以做很多個(gè),把它連接起來(lái)就可以用于各種各樣的傳感應(yīng)用。
因?yàn)楣饫w是軟的,它可以兩維、三維,所以橫軸是空間的位置,縱軸是測(cè)量對(duì)象。這樣一個(gè)傳感網(wǎng)解決了什么問(wèn)題呢?它解決了在什么位置上發(fā)生了什么事情,那個(gè)事情有多少個(gè)強(qiáng)度的問(wèn)題,也就是提供了兩維的信息。這就是智能光纖傳感器所需要解決的問(wèn)題,它有非常突出的特點(diǎn)要求,包括體積小、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好,可植入材料中??闺姶鸥蓴_、耐環(huán)境。 [2]
光纖傳感器已經(jīng)成功應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。我們看到A-380和波音787,它們的特點(diǎn)是超過(guò)一半數(shù)量是碳纖維,比如說(shuō)碳纖維符合樹(shù)脂有幾種缺失,一個(gè)是層與層之間的剝離,由于這種材料比較強(qiáng),所以很難像鋁合金材料那樣實(shí)行碳酸檢測(cè),所以研究人員現(xiàn)在開(kāi)始研究把光纖傳感器埋到復(fù)合材料當(dāng)中去,由于這種材料一層大概125微米的厚度,所以這種光纖傳感器必須是特別細(xì)小的光纖傳感器,大概直徑在50個(gè)微米左右。
我們說(shuō)光纖傳感器網(wǎng)可以成為安全安心社會(huì)的神經(jīng)網(wǎng)。光纖傳感器網(wǎng)可以用于光纖通訊網(wǎng)的診斷技術(shù)。光纖傳感器網(wǎng)在安防方面已經(jīng)有很多的應(yīng)用,國(guó)內(nèi)有很多企業(yè)在這方面開(kāi)展了卓有成效的工作。 [4]
發(fā)展前景編輯 語(yǔ)音
國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上,應(yīng)用為廣泛的光纖傳感技術(shù)當(dāng)屬布拉格光纖光柵和基于光時(shí)域反射的分布式傳感器,這種技術(shù)基本上可以滿足中低端市場(chǎng)的需求。而現(xiàn)在光譜線寬窄2kHz的單頻光纖激光器及其引申出來(lái)的新一代光傳感技術(shù),這與傳統(tǒng)的光纖傳感有很大的區(qū)別,它可以進(jìn)行超遠(yuǎn)距離的傳輸,精度和敏感度能達(dá)到更高的要求,這在市場(chǎng)上需求很大,21世紀(jì)初,該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚處于立項(xiàng)和預(yù)研階段。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上光纖傳感器應(yīng)用主要在以下四種:光纖陀螺、光纖光柵傳感器、光纖電流傳感器和光纖水聽(tīng)器。下面對(duì)這四種產(chǎn)品分別介紹一下。
一、光纖陀螺。 光纖陀螺按原理可分為干涉型、諧振型和布里淵型,這是三代光纖陀螺的代表。代干涉型光纖陀螺,21實(shí)際初期,該項(xiàng)技術(shù)就已經(jīng)成熟,適合進(jìn)行批量生產(chǎn)和商品化;第二代諧振型光纖陀螺,暫時(shí)還處于實(shí)驗(yàn)室研究向?qū)嵱没七M(jìn)的發(fā)展階段;第三代布里淵型,它還處于理論研究階段。光纖陀螺結(jié)構(gòu)根據(jù)所采用的光學(xué)元件有三種實(shí)現(xiàn)方法:小型分立元件系統(tǒng)、全光纖系統(tǒng)和集成光學(xué)元件系統(tǒng)。21世紀(jì)初期,分立光學(xué)元件技術(shù)已經(jīng)基本退出,全光纖系統(tǒng)用在開(kāi)環(huán)低精度、低成本的光纖陀螺中,集成光學(xué)器件陀螺由于其工藝簡(jiǎn)單、總體重復(fù)性好、成本低,所以在高精度光纖陀螺很受歡迎,是其主要實(shí)現(xiàn)方法。
二、光纖光柵傳感器。 目前國(guó)內(nèi)外傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一光纖布拉格光柵傳感器。傳統(tǒng)光纖傳感器基本上可分為兩種類(lèi)型:光強(qiáng)型和干涉型。光強(qiáng)型傳感器的缺點(diǎn)在于光源不穩(wěn)定,而且光纖損耗和探測(cè)器容易老化;干涉型傳感器由于要求兩路干涉光的光強(qiáng)同等,所以 需要固定參考點(diǎn)而導(dǎo)致應(yīng)用不方便。21世紀(jì)初期開(kāi)發(fā)的以光纖布拉格光柵為主的光纖光柵傳感器可以避免出現(xiàn)上面兩種情況,其傳感信號(hào)為波長(zhǎng)調(diào)制、復(fù)用能力強(qiáng)。在建筑健康檢測(cè)、沖擊檢測(cè)、形狀控制和振動(dòng)阻尼檢測(cè)等應(yīng)用中,光纖光柵傳感器是的靈敏元件。光纖光柵傳感器在地球動(dòng)力學(xué)、航天器、電力工業(yè)和化學(xué)傳感中有廣泛的應(yīng)用。
三、光纖電流傳感器。電力工業(yè)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)電力傳輸系統(tǒng)容量不斷增加,運(yùn)行電壓等級(jí)也越來(lái)越高,電流也越來(lái)越大,這樣測(cè)量起來(lái)就非常困難,這就顯現(xiàn)出光纖電流傳感器的優(yōu)點(diǎn)了。在電力系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的用來(lái)測(cè)量電流的傳感器是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ),這就存在以下缺點(diǎn):它容易爆炸以引起災(zāi)難性事故;大故障電流會(huì)造成鐵芯磁飽和;鐵芯發(fā)生共振效應(yīng);頻率響應(yīng)慢;測(cè)量精度低;信號(hào)易受干擾;體積重量大、價(jià)格昂貴等等,已經(jīng)很難滿足新一代數(shù)字電力網(wǎng)的發(fā)展需要。這個(gè)時(shí)候光纖電流傳感器應(yīng)運(yùn)而生。
四、光纖水聽(tīng)器。 光纖水聽(tīng)器主要用來(lái)測(cè)量水下聲信號(hào),它通過(guò)高靈敏度的光纖相干檢測(cè),將水聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào),并通過(guò)光纖傳信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別。與傳統(tǒng)水聽(tīng)器相比,光纖水聽(tīng)器具有靈敏度高、響應(yīng)帶寬寬、不受電磁干擾等特點(diǎn),廣泛用于軍事和石油勘探、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域,具有很大的發(fā)展?jié)摿?。光纖水聽(tīng)器按原理可分為干涉型、強(qiáng)度型、光柵型等。干涉型光纖水聽(tīng)器關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成熟,在部分領(lǐng)域形成產(chǎn)品;光纖光柵水聽(tīng)器則是當(dāng)前研究的熱點(diǎn),研究的關(guān)鍵技術(shù)涉及光源、光纖器件、探頭技術(shù)、抗偏振衰落技術(shù)、抗相位衰落技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)以及工程技術(shù)等。
光纖傳感器技術(shù)是建立在光纖、光通信和光電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,電磁干擾和腐蝕作用對(duì)它的影響很小,還能適應(yīng)各種惡劣的氣象環(huán)境,不要額外的電源進(jìn)行供電,就可以長(zhǎng)距離的進(jìn)行傳輸,已成為傳感器行業(yè)的研究熱點(diǎn)。
傳感器一直朝著靈敏、、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過(guò)程中,光纖傳感器這個(gè)傳感器家族的新成員倍卻是備受青睞。
光纖具有很多優(yōu)異的性能,例如:抗電磁干擾和原子輻射的性能。光纖傳感器應(yīng)用于對(duì)磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉(zhuǎn)矩、光聲、電流和應(yīng)變等物理量的測(cè)量。其應(yīng)用范圍十分廣泛。因此我們可以說(shuō)光纖傳感器具有很大的市場(chǎng)需求,不說(shuō)長(zhǎng)久,少在未來(lái)5年,光纖傳感器將會(huì)有廣闊的發(fā)展前景。
光纖傳感技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展,滿足了各類(lèi)控制裝置及系統(tǒng)對(duì)信息的獲取與傳輸提出的更高要求,使得各領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來(lái)越高,作為系統(tǒng)信息獲取與傳輸核心器件的光纖傳感器的研究非常重要。
光纖傳感器技術(shù)發(fā)展的主要方向是:(1)多用途。即一種光纖傳感器不僅只針對(duì)一種物理量,要能夠?qū)Χ喾N物理量進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。(2)提高分布式傳感器的空間分辨率、靈敏度,降低其成本,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)新型傳感材料、傳感技術(shù)等的開(kāi)發(fā)。(4)在惡劣條件下(高溫、高壓、化學(xué)腐蝕)低成本傳感器(支架、連接、安裝)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。(5)光纖連接器及與其它微技術(shù)結(jié)合的微光學(xué)技術(shù)。
光纖傳感運(yùn)用主要分為五大方向:
(1)石油和天然氣——油藏監(jiān)測(cè)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(jī)、電力電纜、渦輪機(jī)運(yùn)輸、煉油廠;
(2)航空航天——噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)身;
(3)民用基礎(chǔ)建設(shè)——橋梁、大壩、道路、隧道、滑坡;
(4)交通運(yùn)輸——鐵路監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)中的重量、運(yùn)輸安全;
(5)生物醫(yī)學(xué)——醫(yī)用溫度壓力、顱內(nèi)壓測(cè)量、微創(chuàng)手術(shù)、一次性探頭。 [4]
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