光纖傳感技術(shù)研究論文

時間：2022-10-05 21:30:39 論文范文我要投稿

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光纖傳感技術(shù)研究論文范文

　　【論文關(guān)鍵詞】：光纖傳感器；光纖光柵；光纖傳感技術(shù)；光纖通信

光纖傳感技術(shù)研究論文范文

　　【論文摘要】：介紹了光纖傳感器的基本構(gòu)成及原理，綜述了近年來光纖傳感器技術(shù)的應用和發(fā)展，對光纖傳感技術(shù)的研究發(fā)展方向進行了展望。

　　1.光纖傳感器的基本構(gòu)成和組成原理

　　光纖傳感器主要由光源、光纖與探測器3部分組成，光源發(fā)出的光耦合進光纖，經(jīng)光纖進入調(diào)制區(qū)，在調(diào)治區(qū)內(nèi)，外界被測參數(shù)作用于進入調(diào)區(qū)內(nèi)的光信號，是其光學性質(zhì)如光的強度、相位、偏振態(tài)、波長等發(fā)生變化成為被調(diào)制的信號光，再經(jīng)過光纖送入光探測器而獲得被測參數(shù)，光纖傳感器中的光纖通常由纖芯、包層、樹脂涂層和塑料護套組成，纖芯和包層具有不同的折射率，樹脂涂層對光纖起保護作用，光纖按材料組成分為玻璃光纖和塑料光纖；按光纖纖芯和包層折射率的分布可分為階躍折射率型光纖和梯度折射率光纖兩種。光纖能夠約束引導光波在其內(nèi)部或表面附近沿軸線方向向前傳播，具有感測和傳輸?shù)碾p重功能，是一種非常重要的智能材料。

　　2.光纖傳感器的類型及特點

　　光纖傳感器的類型很多，按光纖傳感器中光纖的作用可分為傳感型和傳光型兩種類型。

　　傳感型光纖傳感器又稱為功能型光纖傳感器，主要使用單模光纖，光纖不僅起傳光作用，同時又是敏感元件，它利用光纖本身的傳輸特性經(jīng)被測物理量作用而發(fā)生變化的特點，使光波傳導的屬性(振幅、相位、頻率、偏振)被調(diào)制。因此，這一類光纖傳感器又分為光強調(diào)制型，偏振態(tài)調(diào)制型和波長調(diào)制型等幾種。對于傳感型光纖傳感器，由于光纖本身是敏感元件，因此加長光纖的長度可以得到很高的靈敏度。

　　傳光型光纖傳感器又稱非功能型光纖傳感器，它是將經(jīng)過被測對象所調(diào)制的光信號輸入光纖后，通過在輸出段進行光信號處理而進行測量的。在這類傳感器中，光纖僅作為傳光元件，必須附加能夠?qū)饫w所傳遞的光進行調(diào)治的敏感元件才能組成傳感元件。

　　3.光纖傳感器的應用

　　光纖傳感器的應用范圍很廣，幾乎涉及國民經(jīng)濟的所有重要領(lǐng)域和人們的日常生活，尤其可以安全有效地在惡劣環(huán)境中使用，解決了許多行業(yè)多年來一直存在的技術(shù)難題，具有很大的市場需求。主要表現(xiàn)在以下幾個方面的應用:

　　(1)城市建設(shè)中橋梁、大壩、油田等的干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器的應用。光纖傳感器可預埋在混凝土、碳纖維增強塑料及各種復合材料中，用于測試應力松弛、施工應力和動荷載應力從而來評估橋梁短期、施工階段和長期營運狀態(tài)的結(jié)構(gòu)性能。

　　(2)在電力系統(tǒng)，需要測定溫度、電流等參數(shù)，如對高壓變壓器和大型電機的定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)的溫度檢測等，由于電類傳感器易受強電磁場的干擾，無法在這些場合中使用，只能用光纖傳感器。分布式光纖溫度傳感器是近幾年發(fā)展起來的一種用于實時測量空間溫度場分布的高新技術(shù)，分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)不僅具有普通光纖傳感器的優(yōu)點，還具有對光纖沿線各點的溫度的分布式傳感能力，利用這種特點我們可以連續(xù)實時測量光纖沿線幾公里內(nèi)各點的溫度，定位精度可達米的量級，測溫精度可達1度的水平，非常適用于大范圍多點測溫的應用場合。

　　(3)在石油化工系統(tǒng)、礦井、大型電廠等，需要檢測氧氣、碳氫化合物、CO等氣體，采用電類傳感器不但達不到要求的精度，更嚴重的是會引起安全事故。因此，研究和開發(fā)高性能的光纖氣敏傳感器，可以安全有效地實現(xiàn)上述檢測。

　　(4)在環(huán)境監(jiān)測、臨床醫(yī)學檢測、食品安全檢測等方面，由于其環(huán)境復雜，影響因素多，使用其它傳感器達不到所需要的精度，并且易受外界因素的干擾，采用光纖傳感器可以具有很強的抗干擾能力和較高的精度，可實現(xiàn)對上述各領(lǐng)域的生物量的快速、方便、準確地檢測。目前，我國水源的污染情況嚴重，臨床檢驗、食品安全檢測手段比較落后，光纖傳感器在這些領(lǐng)域具有極好的市場前景。

　　(5)醫(yī)學及生物傳感器。醫(yī)學臨床應用光纖輻射劑量計、呼吸系統(tǒng)氣流傳感系統(tǒng);圓錐形微型FOS測量氧氣濃度及其他生物參數(shù);用FOS探測氫氧化物及其他化學污染物;光纖表面細胞質(zhì)�；蚪M共振生物傳感器;生物適應FOS系統(tǒng)應用于海水監(jiān)測、生化技術(shù)、醫(yī)藥。

　　光纖傳感器在實踐中運用到的例子舉不勝舉，這些技術(shù)都是多學科的綜合，涵蓋的知識面廣，象光纖陀螺，火花塞光纖傳感器，光纖傳感復合材料，以及利用光纖傳感器對植物葉綠素的研究等等；隨著科技的不斷進步，越來越多的光纖傳感器將面世，它將被應用到生產(chǎn)生活的每一個角落。

　　4.光纖傳感器的技術(shù)發(fā)展方向

　　光纖傳感技術(shù)經(jīng)過20余年的發(fā)展也已獲得長足的進步，出現(xiàn)了很多實用性的產(chǎn)品，然而實際的需要是各種各樣的，光纖傳感技術(shù)的現(xiàn)狀仍然遠遠不能滿足實際需要。目前，光纖傳感器技術(shù)發(fā)展的主要方向是。

　　(1)傳感器的實用化研究。即一種光纖傳感器不僅只針對一種物理量，要能夠?qū)Χ喾N物理量進行同時測量。

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

　　(3)傳感器用特殊光纖材料和器件的研究。例如:增敏和去敏光纖、熒光光纖、電極化光纖的研究等。這些將是以后傳感器進一步發(fā)展的趨勢。

　　(4)在惡劣條件下(高溫、高壓、化學腐蝕)低成本傳感器(支架、連接、安裝)的開發(fā)和應用。

　　(5)新傳感機理的研究，開拓新型光纖傳感器。

　　參考文獻

　　[1]肖軍,王穎.光纖傳感技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望[J].機械管理開發(fā),2006,6.

　　[2]吳潔,薛玲玲.光纖傳感器的研究進展[J].激光雜志,2007,5.

　　[3]吳瓊,吳善波,劉勇,袁長迎.新型光纖傳感器的設(shè)計及其特性研究[J].儀表技術(shù)與傳感器,2007,11.