光纤传感器的分类及其应用研究

李帅君

摘要：作为信息科学分支的光电传感器应用技术，是将传统光学与现代微电子及计算机紧密结合的纽带[1]，是获取光信息或借助光信息提取其他信息的重要手段。如今光纤传感器已经变得更加灵活、准确且拥有更加智能的AI，并在各个领域都有广泛的应用。而本文阐述了光纤传感器的原理特点及其分类，并主要介绍了光纤传感器在石油工业、军事等领域的一些具体应用，并简单设想了光纤传感器在未来的发展方向。

关键词：光纤传感器;应用领域;未来发展

1引言

目前，光纤传感器已经朝着灵活、准确、顺应性强、小巧和智能化的方向开展。其已经成为深入国民经济各个部门的跨行业应用器件，它被广泛应用于工业生产的许多方面，凡是需要观察与检测的场所都有应用的可能。它的非接触、无损害、不受电磁干扰、能够远距离传送信息与远距离操纵控制等优点是得到广泛应用的保障。它在航天、航空、石油、化工、国防、安全、城市建设和农业生产等等各大领域都得到广泛的应用。

2.光纤传感器的特点及其分类

2.1光纤传感器的工作原理

将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的互相作用，使光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发作变化，称为被调制的信号光，再过利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量.

2.2光纤传感器特点

因光纤传感器主要是采用光纤较为良好、传输性能较高、奇特性較强的传感功能进行物理测量与机械测量。其具有一定的灵敏性与安全性，且与传统的传感器相比，光纤传感器拥有良好抗电磁干扰能力，优越绝缘性能，质地柔软的特点[2]。集传感功能与传输功能于一体，数字通信的兼容性较高。

2.3光纤传感器的分类

目前光纤传感器大概有70多种，可以分成光纤自身传感器和利用光纤的传感器。

光纤自身的传感器——光纤自身直接接收外界的被测量。外接的被测量物理量能够引起测量臂的长度、折射率、直径的变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。测量臂传输的光与参考臂的参考光互相比较，使输出的光的相位或振幅发生变化，根据这个变化就可检测出被测量的变化。

利用光纤的传感器——传感器位于光纤端部，光纤只是光的传输线，将被测量的物理量变换成为光的振幅，相位或者振幅的变化。在这种传感器系统中，传统的传感器和光纤相结合。光纤的导入使得实现探针化的遥测提供了可能性。这种光纤传输的传感器适用简便、范围广，但是其精度却比前者稍低。

3.光纤传感器的应用及其发展

光纤传感器的应用范围非常广，因为其本身绝缘于位移、加速度、转矩、压力、温度、光声、磁、电等方面，故其可以用于测量位移、速度、加速度、转动、弯曲、压力、湿度、温度、声场、电压、电流、磁场等物理量，几乎涉及了国民经济和国防上所有重要领域，尤其是具有安全有效地在恶劣环境中使用这一特点，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。

光纤传感器在人们的日常生活中许多领域也都有应用，例如干涉陀螺仪和光栅压力传感器在城市建设中桥梁、大坝、油田等中的应用;分布式光纤温度传感器在电力系统测定温度、电流等参数方面的应用;光纤陀螺在飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统中的应用等等。此外，光纤传感器还可以应用于铁路监控、火箭推进系统以及油井检测等方面。以下是其中几个领域方面的应用：

1）光纤传感器在军事中的应用——光纤水听器

光纤水听器主要用来测量水下声信号，它通过高灵敏度的光纤相干检测，将水声信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统进行识别。与传统水听器相比，光纤水听器具有灵敏度高、响应带宽宽、不受电磁干扰等特点，从而应用于军事领域，具有很大的发展潜力。例如由几百个到上千个光纤水听器组成的水下声呐，它一般布设在离海岸数十公里以上的海域中，并用光纤数据传输线来传输信号;拖曳式光纤声呐基阵是由水面舰艇或潜艇拖曳一条很长的光缆，光缆的水下端布设若干个光纤水听器所组成的[3]。这是一种移动式光纤声呐基阵， 是定位分布式声呐的补充。它对反潜探测有着重要作用。

2）光纤传感器在温度测量方面的应用——光纤荧光温度传感器

光纤荧光温度传感器是一种新型的传感器，这种传感器在接受不同的温度刺激之后会发出不同的光。这种传感器原理是基于物体可以通过外接光源的照射而获得能量，从而导致自身发光的现象[4]。这是一种光发射现象，当材料受到温度的刺激，材料会根据受到的温度的不同而发光，这种材料的发光参数能够与温度一一对应，我们就可以根据这种不同的发光参数来进行温度的监测。

荧光强度型光纤传感器会受到光纤弯曲、散射等影响，测量经常会产生较大的误 差。因此，当前主要使用荧光寿命型温度传感器，这样可以有效减低误差，提高精度，过程也不容易受到各种因素的干扰。

此外，光纤传感器还可以应用于检测技术、杨氏模量、铁路监控以及火箭推进系统等方面。光纤传感还可以不断汲取光纤通信的新技术、新器件，各种光纤传感器有望在物联网中得到更加广泛应用。

4.总结

近年来，随着光纤通信技术的迅速发展，特别是不断提高和完善的光纤与光电器件理论、工艺水平及性能，使光纤技术进入了非通信领域。由光纤技术而诞生的光纤传感技术在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，都显示出了独特的魅力。因此，光纤传感技术应用的研究受到世界各国的青睐，自20 世纪80年代以就有许多各国的科学家对各种各样的光纤传感机理进行了大量的研究和开发。而在现代信息社会中，随着相关科学技术的进步和完善，光纤传感技术及其应用将有着越来越重要的地位。“中国2010年远景规划"[5]已将传感器列为重点发展的产业之一，随着我国加入世界贸易组织，传感器的市场需求和发展空间的潜力是非常巨大的。

参考文献：

[1]王庆友.《光电传感器应用技术》[M]. 机械工业出版社，2007.

[2]吴伟龙. 光纤传感器在YL-335B自动化生产线中的应用[J]. 科学技术创新，2020（30）：18-19.

[3]王铮. 刍议光纤传感器在军事上的应用与发展[J]. 通讯世界，2019，26（9）：35-36.

[4]巴朗旭. 光纤温度传感器的研究与应用[J]. 数字通信世界，2019，（7）：205.

[5]马天兵， 杜菲. 光纤传感器的应用和发展[J]. 煤矿机械， 2004（8）.

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