摘要：光纤传感器件因其具有重量轻、体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、易于复用形成分布式测量等优点，成为传感领域研究的热点之一。本文介绍了光纤传感器的发展概况、基本原理、分类、最新研究进展及应用，并指出了光纤传感器的未来发展趋势。
关键词：光纤传感器；理论；应用
绪论
光纤传感器是伴随着光纤及光纤通信技术的发展而逐步形成的一种新型传感器。光纤传感器耐腐蚀、对介质的影响小、具有很强的抗电磁干扰能力，与传统的传感器相比具有体积小、重量轻，灵敏度高等特点，这一新技术近年来在我国诸多领域得到了广泛的应用。
1 光纤传感器的研究
1.1光纤传感器概述
机械总是朝着越来越精确的方向发展，而在这一过程中，离不开更加灵敏、更加精确的传感器。之所以光纤传感器能在众多的传感器脱颖而出，是因为光纤传感器具有灵敏度高、精确度高、适应性强、抗电磁干扰能力强等优点。光纤传感器因在反射体中使用了棱镜，反射光线的能力更强，因而与其他的反射型光控传感器相比，检测性能更高，检测结果更加准确。光纤传感器的电路设计更加简单，连接更加容易，但是稳定性却比一般的分离式光控传感器高得多，更加不容易受到外界环境的影响。另外，光纤传感器在设计上的巧妙点还在于它使用了子母扣嵌入式设计，这使得光纤传感器在安装过程中更加的方便快捷。
1.2光纤传感器原理
光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使得需要测量的参数和进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质发生变化，比如光强、频率、相位、波长及偏振状态等等，这时的光由普通光转化为带有被测物参数信息的信号光，再送入解调器中，将光波所包含的被测物参数还原出来，最终完成测量过程。光纤传感器一般分为两种：一种，是功能性光纤传感器，另一种，是传光型光纤传感器。功能性光纤传感器的工作原理是利用光线本身的敏感特性或功能特性，将输入的物理量转变为光信号，即光波的相位、强度或频率等在环境的影响下发生变化，在解调后将光反应的信息转化为可测得数据。传光型光纤传感器的工作原理是在光纤端面或中间加装其他的更加敏感的元件，使其感知被测物的变化，而光纤仅仅起到传输光的作用。
2 光纤传感器的应用
2.1在电力系统中的应用
近几年出现的分布式光纤传感器对大型电机的定子、转子内的温度检测和高压变压器等设备可以很好地发挥作用，同时也有效地解决了电力系统网络分布凌乱、结构复杂、情况不容易掌握等问题。分布式光纤温度传感器具有极高的定位精度和测量精度，可以完成光纤周围几公里内各点的温度测量，连续性强，实时能力较好。分布式光纤温度传感器具有很强的预警性，在突发事件发生时能够真实迅速地反映实际情况，打破了传统的局限性。
2.2在城市建设中的应用
光导纤维传感器可以有效用于混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中，这种方式已经在隧道监测方面、桥梁监测方面以及边坡监测方面取得了良好的效果。众所周知，安全事故时常发生在土木施工中，不仅会带来大量的人员伤亡而且还会导致严重的经济损失。在建筑方面引进光导纤维传感器，它较高的精确性和远距离的测量能力为城建工作解决了困扰已久的上述问题。
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2.3光纤传感器在石油化工系统中的应用
一般的传感器在石油化工系统的井下很难开展工作，主要是由于井下高温高压，具有很严重的电磁波干扰和化学腐蚀。而光纤传感器体积小，自身不带电且抗干扰能力强，它以自身的独特优势可以很轻松地在井下开展工作。光纤传感器特别适合在狭小、易燃易爆的空间和具有强电磁波干扰的环境下使用，在油气勘探、测量油井参数等工作中，光纤传感器已经获得了大家的一致好评。
2.4在医学方面的应用
光纤传感器体积小巧，抗干扰能力强，对生物体亲和性好，这些特点使光纤传感器在医学方面得到了广泛的应用。现在医学及生物传感器在医学上已经得到了广泛的推广。另外，光纤传感器以其独特的优势在压力测量、PH值测量、温度测量、医用图像传输还有血液速度测量等方面也发挥了重要作用。
3 国内光纤传感器的发展方向
3.1光纤传感器的研究状况
由于光纤传感器应用的广泛性及其广阔的市场，其研究和开发在世界范围内引起了高度的重视，各国更是竞相研究开发并引起激烈的竞争。美国是研究光纤传感器起步最早、水平最高的国家，在军事和民用领域的应用方面，其进展都十分迅速。在军事应用方面，研究和开发主要包括：水下探测的光纤传感器、用于航空监测的光纤传感器、光纤陀螺、用于核辐射检测的光纤传感器等。美国也是最早将光纤传感器用于民用领域的国家。如运用光纤传感器监测电力系统的电流、电压、温度等重要参数，监测桥梁和重要建筑物的应力变化，检测肉类和食品的细菌和病毒等。我国在20世纪70年代末就开始了光纤传感器的研究，其起步时间与国际相差不远。目前，已有上百个单位在这一领域开展工作，这些单位在光纤温度传感器、压力计、流量计、液位计、电流计、位移计等领域进行了大量的研究，取得了上百项科研成果，其中相当数量的研究成果具有很高的实用价值，有的达到世界先进水平。与发达国家相比，我国的研究水平还有不小的差距，主要表现在商品化和产业化方面，大多数品种仍处于实验室研制阶段，不能投入批量生产和工程化应用。
3.2光纤传感器的技术发展方向
光纤传感技术及其相关技术的迅速发展，满足了各类控制装置及系统对信息的获取与传输提出的更高要求，使得各领域的自动化程度越来越高，作为系统信息获取与传输核心器件的光纤传感器的研究非常重要。目前，光纤传感器技术发展的主要方向是：（1）多用途。即一种光纤传感器不仅只针对一种物理量，要能够对多种物理量进行同时测量。（2）提高分布式传感器的空间分辨率、灵敏度，降低其成本，设计复杂的传感器网络工程。注意分布式传感器的参数，即压力、温度，特别是化学参数（碳氢化合物、一些污染物、湿度、PH值等）对光纤的影响。（3）新型传感材料、传感技术等的开发。（4）在恶劣条件下（高温、高压、化学腐蚀）低成本传感器（支架、连接、安装）的开发和应用。（5）光纤连接器及与其它微技术结合的微光学技术。
4 结语
如今光纤传感器无论是在国内还是国际市场上都十分畅销，各种不同档次的光纤传感器可满足人们的不同需求，它主要运用在以下五大领域，石油和天然气的探测、航空航天、交通运输、生物医学以及民用基础工程建设，而在未来，相信光纤传感器会因其优异的性能、超强的适应性、抗电磁干扰能力而应用于更家广泛的领域，更加为人们所青睐。
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论文作者:张俊莲 史媛
论文发表刊物:《信息技术时代》2018年10期
论文发表时间:2019/5/22
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