光纤传感技术的特点及发展状况

传感技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术和密集型前沿技术。现阶段，从宇宙探索、海洋开发，到国防建设、工农业生产；从环境保护、灾情预报，到包括生命科学在内的每一项现代科学研究；从生产过程的检测与控制，到人民群众的日常生活等等，几乎都离不开传感器和传感技术。事实证明，传感器和传感技术已经渗入了新技术革命的所有领域，涉及了国民经济的每个部门，进入了大众生活的各个方面。

光纤传感器技术是20世纪70年代末发展起来的一门崭新的传感器技术，是随着光导纤维实用化和光通信技术的发展而形成的。1970年，美国康宁公司研制成功世界上第一根实用化的传输损耗为20dB/km的石英光纤。在随后短短的十几年里，以光纤作为传输介质的光纤通讯，就从实验室研制阶段，迅猛地发展成为通讯领域的一大产业。在光纤通讯系统中，光纤易受到诸如温度，压力等环境因素的影响，从而导致光强，相位，频率等光波参量发生变化，这对通信应用是有害的，而它却构成了一种全新的直接交换信息的基础，从而演绎出了光纤传感器这门新技术。

由于光纤传感器与传统的电传感器在传输介质，传输信号，敏感材料调制参量方面存在显著的不同，所以光纤传感器具有一些常规传感器不可比拟的优点，它一出现就赢得许多学者的青睐，目前光纤传感器已在很多领域得到广泛的应用，尤其是可为许多传统电传感器难以涉足的极端恶劣场合提供多种参量的新颖而可靠的检测手段。根据光纤在整个传感器中所扮演的角色可以将光纤传感器分为功能型和非功能型两大类。在非功能型光纤传感器中，光纤只起传光的作用，传感头为其他敏感元件；在功能型光纤传感器中，光纤既传光，也传感，具有“传”、“感”合一的特点。

一般的光纤传感系统由光源、信号传输线（光缆）、传感器件、光电转换及信号处理四部分组成，如下图所示。光波作为载波经入射光纤传输到传感头，光波的某些特征参量在传感头内被外界物理参量所调制，含有被调制信息的光波经出射光纤传输到光电转换部分，经解调后就能得到被测物理量的大小和状态。现在光纤传感器的种类繁多，光信号中能被调制的参数也相当多，包括光的强度、相位、多普勒频移、偏振态、波长等。由于光波的频率很高（1012～1014Hz），且是一种二维信号载体，所以它能传感和传输的信息量极大。

与普通机械、电子类传感器相比，光纤传感器具有以下优点：

1．抗电磁干扰。一般电磁辐射的频率比光波低许多，所以在光纤中传输的光信号不受电磁干扰的影响。

2．电绝缘性能好，安全可靠:光纤本身是由电介质构成的，而且无需电源驱动，因此适宜于在易燃易爆的油、气、化工生产中使用。

3．耐腐蚀，化学性能稳定。由于制作光纤的材料之一石英具有极高的化学稳定性，因此光纤传感器适宜于在较恶劣环境中使用。

4．体积小、重量轻，几何形状可塑。

5．传输损耗小，可实现远距离遥控监测。

6．传输容量大，可实现多点分布式测量。

7．测量范围广，可测量温度、压强、应变、应力、流量、流速、电流、电压、液位、液体浓度、成分等。

正是由于光纤传感器有许多独特优势，可以解决许多传统传感器无法解决的问题，故自从它问世以来，就被广泛应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域。

当今世界上光纤传感器研究的两大热点一个是用于生物、化学、医疗及环保等领域的光纤传感器的研究，典型的光纤传感器为光纤倏逝场传感器，主要用于环境污染监测及液体浓度、成分、比例、PH值、血氧饱和度、药物浓度等参数的检测；另一热点是用于智能结构和材料的光纤传感器的研究，主要用于结构内部应变、压力、温度、载荷疲劳、结构损伤等参数的监测，这方面的代表就是光纤光栅传感器。

参考文献：

[1] 张光军.光电检测技术[M].北京：中国计量出版社，2002：287-300

[2] 靳伟，阮双琛.光纤传感技术新发展[M].北京：科学出版社，2005：252-287