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1、光纤传感器研究现状及展望ThePresentSituationandProspectofOpticalFiberSensor●王立新WangLixin1引言光纤传感器的种类很多,可用其测定的物自从1970年美国的康宁公司第一次成功理量有70多种,下面仅对几种主要传感器进行地研制出传输损耗为20db/km的石英光导纤评述。维以来[1],光纤技术得到了迅猛发展。继光纤2.1光纤温度传感器通信之后,近年来光纤传感器的研制也获得了该光纤温度传感器是一类常用的光纤传感巨大成就。1977年美国海军研究所首先进行器,根据传感原理不同可分为如下两类:2.1.1光纤传感器系统的研究[2]。随后,世界上许多功能型
2、光纤温度传感器实验室也步其后尘,国际间的学术活动也日益光纤温度传感器利用光纤特性(相位、偏振态、增多。从1983年起,每年召开一次光纤传感器幅度等)随温度的变化由光纤本身构成传感会议。1983年我国也开始了光纤传感器的研器,由于其构思原理比较巧妙,并能解决许多棘究工作,并在“七五”规划中提出了15项传感器手的测控难题,所以世界各国竞相研制和开发研究项目。光纤传感器如此引人注目,主要因其产品,如干涉型温度传感器,它的灵敏度较为它与其他传感器相比在位移、压力、速度、温高。但由于振动和光纤张力变化等原因会引起度、振动、液位、角度以及电磁参数等的测量方扰动,因而未实用化。但干涉计差分式光纤传面具有独特
3、的优点,如灵敏度高、响应速度快、感器有效地克服了上述问题,具有较高的测量抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性能好、防燃防爆、精度和分辩率。非干涉计型传感器如喇曼反向体积小、结构简单以及便于与光纤传输系统组散射传感器,利用普通的多模光纤就可达到成遥测网络等。因而它的应用领域由最初的国5℃的温度分辩率、5m的空间分辨率[4]。在国防军事、航天航空迅速向冶造工业、能源工业、内,哈工大从受激喇曼散射原理出发设计出一医学、生产过程控制、环保监测等民用部门迅速种紧凑、轻便的光纤测温传感器[3]。扩展。根据美国市场信息研究公司预测:90年2.1.2传输型光纤温度传感器代光纤传感器的市场会象70年代后期的半导这类传感
4、器中光纤仅起传输光的作用,而体工业那样急剧增长。随着光纤传感器成本的对温度敏感的元件置于光纤端面或在发射接收不断降低、性能不断提高,它将在未来的信息化光纤之间,由于温度不同使敏感元件遮断光路,社会中占有重要地位。本文从应用角度对几种或使敏感元件的透射率发生变化,或红外辐射主要的光纤传感器的研究现状和发展方向进行发生改变,总之是使接收光纤的光强随温度而综合评述。变化。根据敏感元件不同,目前开发出了许多种温度传感器,一种是光路遮断型温度传感器,2光纤传感器的研究现状和发展方向其敏感材料一般有铁氧体、石蜡、双金属片、水王立新,现在山东聊城师范学院教育工程系工作。地址:山东省聊城市文化路34号邮政编码
5、:252059收稿日期:1996年5月28日(磁盘来稿)自动化与仪表第11卷1996第6期·1·光纤传感器研究现状及展望王立新银等;另一种是透光或发光温度传感器,常用敏2.3光纤陀螺感物质是半导体、铁电体和荧光物质,如南京集光纤陀螺是光纤技术研究中最活跃的一种成电路研究所于1989年研制的光纤低温测量传感器[10]。它可分为Sagnac干涉型和谐振仪采用的就是反射式光纤探头,两根光纤之间型两大类。根据解调方式不同,Sagnac干涉型的敏感元件为GaAs半导体;还有一种是辐射光纤陀螺又可分为开环式和闭环式,其中开环光纤探头型温度传感器,其敏感物质为热敏电干涉型光纤陀螺是一种最简单最轻便精度也最阻
6、、热电堆和PbS、InSb、HgCdTe等半导体,其低的一种,主要用于角速率传感器,其主要缺点基本原理是基于电磁辐射能与绝对温度成正是非线型;闭环干涉型光纤陀螺精度较高,不久比。如中科院西安光学精密机械研究所研制的将用于中等精度的惯性系统。与干涉型相比,双波长光纤温度传感器[5],清华大学研制的光谐振型光纤陀螺是技术上最不成熟的一种,但纤黑体腔温度传感器[6],哈工大研制的光纤束具有最高的潜在精度,其困难在于如何获得能双色温度传感器[7]均属辐射型光纤传感器。够提供足够相干辐射的半导体二极管光源。2.1.3光纤温度传感器的发展方向光纤陀螺之所以受到人们的广泛重视是因为它光纤温度传感器应从改善光
7、纤、检测电路是一种轻便的固体元件(低损耗光纤及半导体和制作工艺等方面入手,进一步提高传感器的光源)组成的全固态器件,且具有耐振动、耐冲精度、可靠性,并降低成本,开发研制满足特殊击、工作寿命长、响应速度快、重量轻、成本低等测温要求的传感器特别是300℃以上和-优点,与传统的激光陀螺相比有过之而无不及。250℃以下的超高温和超低温温度传感器,并将它能检测运动物体的姿态、位置、角度,在宇航光纤技术与微机
