光纤传感器的现状和应用new

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1、知识长廊光纤传感器的现状和应用戎华北前言在线测控发展!已成为传感器技术发展的主要方向传感技术的发展经历了三个阶段!即结构型传之一$感器!物性型传感器和智能型传感器"其测量技术!光纤传感器的背景方法和特点的发展历程见表"#"&’’年"美国海军研究所&()*’开始执行由表!传感器的发展阶段查尔斯(!(戴维斯&+,-./0123-451’博士主持的6711&光纤传感器系统’计划"这被认为是光纤传感器问世的日子#而早期的光纤传感器因为存在着诸如价格昂贵%技术不够成熟等问题"使得它在工程实际应用上较少"一般只在实验室中作一些研究之类的尝试#然而与传统传感器相比"光纤传感器有着

2、一系列独特的优点)它可以在强电磁干扰%高温高压%原子辐射%易爆%化学腐蚀等恶劣条件下使用"高灵敏度及低损耗的优点使其用途广泛#正是由于光纤传感器的这些特点及价值"科学家们开始"!结构型传感器以其结构部分变化或结构对其进行大量的研究与改进"并取得了一系列重大部分变化后而引起某种场的变化来反映被测量的大小及变化$#%物性型传感器利用构成传感器的某些材料本身的物理特性在被测量的作用下发生变化!从而将被测量转换为电信号或其他信号输出$$!智能型传感器把传感器与微处理器有机地结合成一个高度集成化的新型传感器$它与结构型!物性型传感器相比!能瞬时获取大量信息!对所获得的信息还具

3、有信号处理的功能!使信息的质量大大提高!其功能也扩展了$以网络化智能传感器为例!它以嵌入式微处理器为核心!集成了传感单元!信号处理单元和网络接口单元!使传感器由单一功能!单一检测向多功能和多点检测发展%从被动检测向主动进行信息处理方向发展%从孤立元件向系统化!网络化发展%从就地测量向远距离实时$8厦门科技!"#$$%知识长廊的成果!!"#$年"加拿大渥太华通信研究中心面上与电磁类传感器有着相似的思路"只不过电磁#%&’&()&’%*++,’)-&.)*’/01/1&2-3%1’.214%0%56类传感器的电线或者测量空间的信息传播载体是7..&8&67’.6%&’&

4、(&$9)::;<7<成功地在光导纤维电磁波而光导纤维中的载体是光波"然而也正是由上写上周期性的光栅"从而产生了第一根光纤光于光波不同于电磁波的独特性质使其具有以下几栅%="$$年">1:.?@<发明了光纤光栅紫外光#A:!个突出的优点(!利用不导电的玻璃纤维制成"其.2&B)*:1.C)D3.$侧写入技术"开创了光纤光栅实用信息传播载体是光子而不是电子"故无电磁干扰化的新纪元"使得光纤传感器开始走向实用化&商*I>J$和射频干扰*0GJ$的影响"可在各种电磁场业化%到了EF世纪"F年代"更多的光纤传感器复杂的环境中不受影响的工作%"有较大的灵活#G7H$在不断的商

5、业化"一般比较常见的有压力应性"可制成各种形状"并可用于各种危险+恶劣环境力传感器&液体流量传感器&温度湿度传感器&电流和探测微细变化%#其光信号不仅能直接感知"而电压传感器&化学传感器等等’且可与高度发展的电子装置相匹配"帮助其实现智光纤传感器!!"#"应用原理能化&多功能化和远距离的实时监控!光纤传感器一般由光源&光导纤维&光传感器光纤传感器有三种分类方法(元件&光调制机构和信号处理器等部分组成!其工=&按光纤与光的作用机理分"可分为本征型和作原理是(光源发出的光经光导纤维进入光传感元非本征型"前者是利用光纤直接与环境中的光相互件"而在光传感元件中受到周围环境场

6、的影响而发作用来调制光信号"适用于测量转速&加速度&声生变化的光再进入光调制机构"由其将传感元件测源&压力和振动等%后者则是将光纤作为传送和接量检测的参数调制成幅度&相伴&偏振等信息"这一收光的通道"然后在光纤外部调制光信号"适用于过程也称为光电转换过程"最后利用微处理器如频测量纯属和角度位置&温度&液位及过程控制中的谱仪等等进行信号处理)其结构如下图=所示(流量等!E&按光纤内传输的模式数量分"可分为单模器件和多模器件!前者的纤芯很细"能大大降低信号的失真和损失程度%后者能传输更多的光"但由于具有多个通道"并对入射光的散射点数和存在模式图!光纤传感器的结构图色散"

7、所以损失的信号较多"信号的失真也较严重!如前所述可以看出光纤传感器的传感机理表K&按信号在光纤中被调制的不同方式分"还可将光纤传感器分为强度调制&相伴调制&偏振态调制&频率调制和波长调制等多种不同类型!光纤传感器!!"#"的应用光纤传感器的应用范围很广"尤其适用于恶劣环境"解决了许多行业多年来一直存在的技术难题"具有很大的市场需求!我们从以下几个侧面来看G7H的强抗干扰性的特点在各个领域中的应用(=&我国使用高温传感器每年要消耗几十亿元!传统使用铅佬丝热电偶来测量高温"寿命短"成本高"而且在工业生产中需要停产来更换热电偶"严重影响了生产!EF世纪$F年代"美国提