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        随着科学技术的发展,电子信息技术正成为带动工业现代化的排头兵,传感器作为信息获取的一个重要角色正得到愈来愈广泛的应用。光纤传感器作为传感器中一支新秀它具有灵敏度高、体积小、易于敷设、对被检测场无破坏与干扰、抗电磁干扰能力强、能够进行分布测量以及传感信息易于通过光纤传输与组网等特点正受到人们的广泛关注,并日益显示出它的特殊重要作用。特别是在一些大型工程如水利与水电工程、桥梁隧道、大型展览馆与会场、输油气管道、大型舰船、环境与公路工程等的安全和健康监测,以及地质灾害的预防中都开始大量采用了光纤应力(压力)与温度传感器。至于光纤传感器的经典之作如光纤陀螺、光纤水听器、光纤电流电压传感器等更是为人们所青睐,正在军事、地质勘探、电力等部门得到推广应用。在科学研究中,光纤传感器更是充分展示了它对系统无破坏干扰、便于安装、灵敏度高等特点,受到科学工作者的重视。

        可以说,光纤传感技术是对已有的传感技术的发展与补充,它所具有的独特性能几乎不可代替,所产生的作用与影响愈来愈大、愈来愈广。重视光纤传感技术的发展正是对新技术发展的重视,其应用必将发挥愈来愈大的经济与社会效益。

        光纤是一种透明的玻璃纤维丝,基本成分是石英。传感以光波为信息载体,只传光,不导电,不受电磁场的作用,对电磁干扰、工业干扰也有很强的抵御能力。此外,光纤传感绝缘、耐高温、耐腐蚀,特别适合在易燃易爆、高温、高压、潮湿、强电磁场、强腐蚀性等极端恶劣条件下应用。光纤传感器还比传统的传感器在组网和传输距离方面更具优势,特别是可以在一根光纤上串联多个相同或不同类型的传感器,实现多点监测,很容易实现整个矿山的传感分布,实现较大空间范围的连续监测。利用如发丝般粗细的玻璃纤维——光纤,从地面深入到几百米的煤矿矿井之下,即可监测瓦斯浓度、温度、微震、矿压等关键数据的变化。因为光纤传感只传光、不带任何电能,在煤矿这样的特殊应用场所,就像一个具备本质安全的听诊器,为安全诊脉、护航。

        光纤传感器因其作为物联网极其重要的组成部分之一,一直备受瞩目。从全球市场来看,2013年全球光纤传感器市场规模为18.9亿美元。预计20142018年,全球光纤传感器市场将以年均18的增长幅度增长,至2018年市场规模达到43.3亿美元。从光纤传感技术研究上看,美国对该技术的研究起步最早,且在世界上最为先进。数据显示,2007年,美国光纤传感器市场规模为2.35亿美元,此后以30的年复合增长速度增长,2014年有望达到16亿美元。相较于美国,中国的光纤传感行业处于起步阶段。据统计,截至2013年底,中国2000万元规模以上的传感器制造企业有260多家。但行业整体素质参差不齐,小型企业占比近七成,以生产低端产品为主;少部分龙头企业和外资企业占据高端产品市场。虽然起步晚,中国光纤传感市场需求却呈现出爆发式增长,仅电力领域相关产品的招标就比以往多了近百倍以上。业界人士评估,2013年,光纤传感器在中国市场的规模约有10亿元,且呈逐渐增长的态势。目前,市场上应用最广的光纤传感器有4种,分别是光纤陀螺、光纤水听器、光纤光栅传感器和光纤电流传感器。光纤陀螺有干涉型、谐振型和布里渊型三种类型,干涉型光纤陀螺是技术上很成熟的第一代商品化阶段,谐振光纤陀螺是处于实验室研究阶段的第二代,布里渊型光纤陀螺是在理论研究阶段的第三代光纤陀螺传感器。
        光纤水听器是在光纤、光电子技术基础上的一种水下声音信号传感器,这种传感器通过高度灵敏的光纤相干检测,把水中的声音信号转换成光信号,再通过光纤传到信号处理系统转换为声音信号,这种传感器按原理可以分为干涉型、强度型、光栅型等类型。光纤光栅传感器产品包括应变传感器、温度传感器和压力传感器,其中光纤bragg光栅传感器是这几年的研究热点,它们大部分属于光强型和干涉型,并且各有利弊。光纤电流传感器主要应用于电力领域,它能很好地避免一些由于电力过强而引发的事故。
光纤传感器目前可以直接或间接测量近百种物理量以及化学和生物量,被广泛应用于国防、电力、石油、建筑、医学等各个领域。
在国防上,光纤传感器可用于水声探潜(光纤水听器)、光纤制导、姿态控制、航天航空器的结构损伤探测(智能蒙皮)以及战场环境(电磁环境、生化环境等)的探测等。在电力系统中,高电压、大电流的恶劣电磁环境使得电子类传感器的应用受到限制,而光纤传感器以其特有的抗电磁干扰能力,在电力系统中可用于测量大型电机的转子、定子和高压变压器内部的电流、电压、温利于 提高特种微型光缆外护层的固化度,但超过一定范围对提高固化度作用不大。
        近年来,这种采用UV涂层作为外护层的特种微型光缆在有线制导武器和水下工程中的应用发展非常迅速,不久的将来可广泛地应用于导弹、重型鱼雷、大潜深潜水器、海底监测网络等领域。中国已成为全球光纤传感器消费最大国。虽然我国对光纤传感器的研究起步较晚,但是有很多研究所、企业等对光纤传感器的深入研究促进了光纤传感技术的发展。目前,我国光纤技术已达到世界先进水平,有广阔的发展前景。此技术主要应用于物联网发展,有助于加速我国物联网建设的发展。 追根究底,是传感器性能的好坏决定了物联网的性能好坏。可以说,传感器采集信息的可靠性与准确性都会对控制节点处理和传输信息产生一定影响。由此看来,传感器的可靠性、抗干扰性等都会对物联网应用性能发挥起到举足轻重的作用。通过对光纤传感器工作原理与特点的认识,我们更有理由对光纤传感器的未来市场充满信心。


        光纤传感器工作原理是用被测量的变化调制传输光光波的某一参数,使其随之变化,然后对已调制的光信号进行检测,从而得到被测物理量。在光纤传感器中,由于光纤不仅可以作为光波的传播媒质,并且在光纤中传播的光波因外界因素的变化而改变,同时也可将光纤作为传感元件来探测如振幅、相位、偏振态、波长等物理量。光纤传感器有极高的灵敏度和精度、固有的安全性好、抗电磁干扰、高绝缘强度、耐腐蚀、集传感与传输于一体、能与数字通信系统兼容等优点,光纤传感器受到世界各国的广泛重视。
        光纤传感器具有许多优点:(1)高灵敏度;(2)轻细柔韧便于安装埋设;(3)电绝缘性及化学稳定性。光纤本身是一种高绝缘、化学性能稳定的物质,适用于电力系统及化学系统中需要高压隔离和易燃易爆等恶劣的环境中;(4)良好的安全性。光纤传感器是电无源的敏感元件,故应用于测量中时,不存在漏电及电击等安全隐患;(5)抗电磁干扰。一般情况下光波频率比电磁辐射频率高,因此光在光纤中传播不会受到电磁噪声的影响;(6)可分布式测量。一根光纤可以实现长距离连续测控,能准确测出任一点上的应变、损伤、振动和温度等信息,并由此形成具备很大范围内的监测区域,提高对环境的检测水平;(7)使用寿命长。光纤的主要材料是石英玻璃,外裹高分子材料的包层,这使得它具有相对于金属传感器更大的耐久性;(8)传输容量大。以光纤为母线,用传输 大容量的光纤代替笨重的多芯水下电缆采集收纳各感知点的信息,并且通过复用技术,来实现对分布式的光纤传感器监测。
        光纤传感器的发展前景广阔:光纤传感器具有抗电磁干扰、轻巧、灵敏度高等优势,将信息传感与信号传输合二为一,便于构成分布式网络,易于实现远距离监控和多点实时监测,纤细的光纤具有这么多的优点,使得它在建筑桥梁、医疗卫生、煤炭化工、军事制导、地质探矿、电力工程、石油勘探、地震波检测等领域有着广阔的发展空间。有望得到大规模应用。据相关专家预测,光纤传感器未来5年复合增速有望达到40%



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