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光纖傳感器發(fā)展現狀和發(fā)展方向

發(fā)布時(shí)間:2013/10/24 15:28:01 瀏覽次數:1085

光纖傳感器發(fā)展現狀

國內市場(chǎng)上,應用最為廣泛的光纖傳感技術(shù)當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(mǎn)足中低端市場(chǎng)的需求。而現在光譜線(xiàn)寬窄至2kHz的單頻光纖激光器及其引申出來(lái)的最新一代光傳感技術(shù),這與傳統的光纖傳感有很大的區別,它可以進(jìn)行超遠距離的傳輸,精度和敏感度能達到更高的要求,這在高端市場(chǎng)上需求很大,21實(shí)際初,該項技術(shù)在國內尚處于立項和預研階段。國內市場(chǎng)上光纖傳感器應用主要在以下四種: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。第一代干涉型光纖陀螺,21實(shí)際初期,該項技術(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)驗室研究向實(shí)用化推進(jìn)的發(fā)展階段;第三代布里淵型,它還處于理論研究階段。光纖陀螺結構根據所采用的光學(xué)元件有三種實(shí)現方法:小型分立元件系統、全光纖系統和集成光學(xué)元件系統。21世紀初期,分立光學(xué)元件技術(shù)已經(jīng)基本退出,全光纖系統用在開(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)現方法。

二、光纖光柵傳感器。 目前國內外傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一光纖布拉格光柵傳感器。傳統光纖傳感器基本上可分為兩種類(lèi)型:光強型和干涉型。光強型傳感器的缺點(diǎn)在于光源不穩定,而且光纖損耗和探測器容易老化;干涉型傳感器由于要求兩路干涉光的光強同等,所以 需要固定參考點(diǎn)而導致應用不方便。21實(shí)際初期開(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上面兩種情況,其傳感信號為波長(cháng)調制、復用能力強。在建筑健康檢測、沖擊檢測、形狀控制和振動(dòng)阻尼檢測等應用中,光纖光柵傳感器是最理想的靈敏元件。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)電力傳輸系統容量不斷增加,運行電壓等級也越來(lái)越高,電流也越來(lái)越大,這樣測量起來(lái)就非常困難,這就顯現出光纖電流傳感器的優(yōu)點(diǎn)了。在電力系統中,傳統的用來(lái)測量電流的傳感器是以電磁感應為基礎,這就存在以下缺點(diǎn):它容易爆炸以至引起災難性事故;大故障電流會(huì )造成鐵芯磁飽和;鐵芯發(fā)生共振效應;頻率響應慢;測量精度低;信號易受干擾;體積重量大、價(jià)格昂貴等等,已經(jīng)很難滿(mǎn)足新一代數字電力網(wǎng)的發(fā)展需要。這個(gè)時(shí)候光纖電流傳感器應運而生。

四、光纖水聽(tīng)器。 光纖水聽(tīng)器主要用來(lái)測量水下聲信號,它通過(guò)高靈敏度的光纖相干檢測,將水聲信號轉換為光信號,并通過(guò)光纖傳至信號處理系統進(jìn)行識別。與傳統水聽(tīng)器相比,光纖水聽(tīng)器具有靈敏度高、響應帶寬寬、不受電磁干擾等特點(diǎn),廣泛用于軍事和石油勘探、環(huán)境檢測等領(lǐng)域,具有很大的發(fā)展潛力。光纖水聽(tīng)器按原理可分為干涉型、強度型、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)、信號處理技術(shù)、多路復用技術(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)的基礎上發(fā)展起來(lái)的,電磁干擾和腐蝕作用對它的影響很小,還能適應各種惡劣的氣象環(huán)境,不要額外的電源進(jìn)行供電,就可以長(cháng)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(zhù)靈敏、精確、適應性強、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倍受青睞。

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。光纖傳感器應用于對磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉矩、光聲、電流和應變等物理量的測量。其應用范圍十分廣泛。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(cháng)久,至少在未來(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(mǎn)足了各類(lèi)控制裝置及系統對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一種物理量,要能夠對多種物理量進(jìn)行同時(shí)測量。

(2)提高分布式傳感器的空間分辨率、靈敏度,降低其成本,設計復雜的傳感器網(wǎng)絡(luò )工程。注意分布式傳感器的參數,即壓力、溫度,特別是化學(xué)參數(碳氫化合物、一些污染物、濕度、PH值等)對光纖的影響。

(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)和應用。

(5)光纖連接器及與其它微技術(shù)結合的微光學(xué)技術(shù)。


光纖傳感運用主要分為五大方向:

(1)石油和天然氣——油藏監測井下的P/T傳感、地震陣列、能源工業(yè)、發(fā)電廠(chǎng)、鍋爐及蒸汽渦輪機、電力電纜、渦輪機運輸、煉油廠(chǎng);

(2)航空航天——噴氣發(fā)動(dòng)機、火箭推進(jìn)系統、機身;

(3)民用基礎建設——橋梁、大壩、道路、隧道、滑坡;

(4)交通運輸——鐵路監控、運動(dòng)中的重量、運輸安全;

(5)生物醫學(xué)——醫用溫度壓力、顱內壓測量、微創(chuàng )手術(shù)、一次性探頭。


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