光纤传感技术论文范文

光纤传感技术论文范文第1篇

光纤传感器主要由光源、光纤与探测器3部分组成，光源发出的光耦合进光纤，经光纤进入调制区，在调治区内，外界被测参数作用于进入调区内的光信号，是其光学性质如光的强度、相位、偏振态、波长等发生变化成为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器而获得被测参数，光纤传感器中的光纤通常由纤芯、包层、树脂涂层和塑料护套组成，纤芯和包层具有不同的折射率，树脂涂层对光纤起保护作用，光纤按材料组成分为玻璃光纤和塑料光纤；按光纤纤芯和包层折射率的分布可分为阶跃折射率型光纤和梯度折射率光纤两种。光纤能够约束引导光波在其内部或表面附近沿轴线方向向前传播，具有感测和传输的双重功能，是一种非常重要的智能材料。

2.光纤传感器的类型及特点

光纤传感器的类型很多，按光纤传感器中光纤的作用可分为传感型和传光型两种类型。

传感型光纤传感器又称为功能型光纤传感器，主要使用单模光纤，光纤不仅起传光作用，同时又是敏感元件，它利用光纤本身的传输特性经被测物理量作用而发生变化的特点，使光波传导的属性(振幅、相位、频率、偏振)被调制。因此，这一类光纤传感器又分为光强调制型，偏振态调制型和波长调制型等几种。对于传感型光纤传感器，由于光纤本身是敏感元件，因此加长光纤的长度可以得到很高的灵敏度。

传光型光纤传感器又称非功能型光纤传感器，它是将经过被测对象所调制的光信号输入光纤后，通过在输出段进行光信号处理而进行测量的。在这类传感器中，光纤仅作为传光元件，必须附加能够对光纤所传递的光进行调治的敏感元件才能组成传感元件。

3.光纤传感器的应用

光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，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。主要表现在以下几个方面的应用:

(1)城市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的应用。光纤传感器可预埋在混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中，用于测试应力松弛、施工应力和动荷载应力从而来评估桥梁短期、施工阶段和长期营运状态的结构性能。

(2)在电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等，由于电类传感器易受强电磁场的干扰，无法在这些场合中使用，只能用光纤传感器。分布式光纤温度传感器是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高新技术，分布式光纤温度传感系统不仅具有普通光纤传感器的优点，还具有对光纤沿线各点的温度的分布式传感能力，利用这种特点我们可以连续实时测量光纤沿线几公里内各点的温度，定位精度可达米的量级，测温精度可达1度的水平，非常适用于大范围多点测温的应用场合。

(3)在石油化工系统、矿井、大型电厂等，需要检测氧气、碳氢化合物、CO等气体，采用电类传感器不但达不到要求的精度，更严重的是会引起安全事故。因此，研究和开发高性能的光纤气敏传感器，可以安全有效地实现上述检测。

(4)在环境监测、临床医学检测、食品安全检测等方面，由于其环境复杂，影响因素多，使用其它传感器达不到所需要的精度，并且易受外界因素的干扰，采用光纤传感器可以具有很强的抗干扰能力和较高的精度，可实现对上述各领域的生物量的快速、方便、准确地检测。目前，我国水源的污染情况严重，临床检验、食品安全检测手段比较落后，光纤传感器在这些领域具有极好的市场前景。

(5)医学及生物传感器。医学临床应用光纤辐射剂量计、呼吸系统气流传感系统;圆锥形微型FOS测量氧气浓度及其他生物参数;用FOS探测氢氧化物及其他化学污染物;光纤表面细胞质粒基因组共振生物传感器;生物适应FOS系统应用于海水监测、生化技术、医药。

光纤传感器在实践中运用到的例子举不胜举，这些技术都是多学科的综合，涵盖的知识面广，象光纤陀螺，火花塞光纤传感器，光纤传感复合材料，以及利用光纤传感器对植物叶绿素的研究等等；随着科技的不断进步，越来越多的光纤传感器将面世，它将被应用到生产生活的每一个角落。

4.光纤传感器的技术发展方向

光纤传感技术经过20余年的发展也已获得长足的进步，出现了很多实用性的产品，然而实际的需要是各种各样的，光纤传感技术的现状仍然远远不能满足实际需要。目前，光纤传感器技术发展的主要方向是。

(1)传感器的实用化研究。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)传感器用特殊光纤材料和器件的研究。例如:增敏和去敏光纤、荧光光纤、电极化光纤的研究等。这些将是以后传感器进一步发展的趋势。

(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)新传感机理的研究，开拓新型光纤传感器。

参考文献

[1]肖军,王颖.光纤传感技术的研究现状与展望[J].机械管理开发,2006,6.

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[3]吴琼,吴善波,刘勇,袁长迎.新型光纤传感器的设计及其特性研究[J].仪表技术与传感器,2007,11.

[4]李文植.光纤传感器的发展及其应用综述,科技创业月刊,2006,7.

[5]闫若颖,王月香,李淑悦.光纤传感器的应用,科技广场,2007,1.【论文关键词】：光纤传感器；光纤光栅；光纤传感技术；光纤通信

光纤传感技术论文范文第2篇

关键词：BOTDA，布里渊散射， 工程监测， 标定，光纤

1. 引言

分布式光纤传感技术适用于桥梁工程的检测以及施工过程监控。其原理基于在光纤中传播的激光会发生布里渊散射，而散射光的频率，会随所在的点的温度和应变发生变化，这两种效应都是线性的。一般使用通讯光纤布置于工程构件，进行测量，因此，必须对光纤进行标定。标定后的光纤，其频移与相应的温度或应变有一个明确的换算系数，单位是Hz/℃，以及Hz/?ε.

为了标定光纤，我们制作了专用标定台。由钢质简支梁组成，采用砝码做四点弯曲加载，因此中段是纯弯曲段。梁的弹性模量、尺寸已知，因此可以在理论上确定弯曲应变、应力。在纯弯曲段贴应变片，测试应变值作为校验。由于本次试验目的在于检验标定方法和标定方案的合理性，采用一段已经标定过的光纤做实验，其标定值为0.051MHz/?ε，本文不做应变片以及砝码载荷下理论应变的校验分析。

2. 试验材料和仪器

此次试验同时标定的光纤有：（1）裸光纤；（2）普通紧套光纤；（3）铠装紧套光纤。

三组光纤稍微预张拉后分别粘贴在钢梁的下侧即受拉一侧，三条光纤线路分别连接好（激光笔测试光路通畅），各自编号，各自线路上对应的待测纯弯段距离范围量测准确后，即开始测试。

测试仪器为日本 NBX6050分布式光纤监测仪。图1是实验装置。

图1 实验装置

3. 测试结果及数据分析

本文仅分析裸光纤的标定结果，另两组光纤的标定，数据处理较复杂，将另文发表。

实验过程包括加载砝码、运用光纤监测仪发出激光、读取散射光、分析频移得出数据。数字化的数据以电脑文件形式保存。图2是由数据画出的裸光纤的测量曲线。其中中段是纯弯曲段的响应，两侧有非纯弯曲段以及光纤引线的响应。

图2 裸光纤应变曲线

根据数字化的数据文件，数据导入excel绘制散点图并拟合线性直线

得出结果见表1. 拟合的直线见图3。根据直线方程，可以知道其标定系数。

表1 拟合直线的数据

图3 拟合的线性度及其斜率

拟合线性方程式表明裸光纤的标定值在0.0508-0.0514MHZ/?ε之间。与名义标定值符合较好，也符合一般光纤的平均特性。

4. 结论

通过使用标定台，对光纤进行试验性标定，确认名义应变系数为0.051的光纤，其标定系数在0.0508-0.0514MHZ/?ε之间。标定的最大相对误差为0.78%. 研究表明，这种标定台性能较好，标定方法合理。

本次试验还有很多其他数据待分析，将另外撰文发表。

参考文献

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[6] 何建平. 全尺度光纤布里渊分布式监测技术及其在土木工程的应用[D].哈尔滨工业大学博士学位论文，2010.

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[56] 张竞文，吕安强，李宝罡，杨 志.基于BOTDA的分布式光纤传感技术研究进展[J]. 光通信研究，2010，（4）： 25～28.

光纤传感技术论文范文第3篇

关键词：隧道工程；光纤；监控量测；隧道施工；隧道火灾；健康监测

传统的传感器是以应变－电压为基础，以电信号来反映结构应变的变化，并借助导线传输。因此，传统传感器易受到电磁场和使用环境的影响。另外，由于电阻传感器和导线的金属易腐蚀性，难以实现长期监测和实时监测。这些传统传感器的局限性严重地制约了其应用，无法满足现代隧道建设中监控量测的需求，而以光纤传感技术为基础的光纤传感器不但可以替代传统传感器的作用，还可以很好的弥补传统传感器的上述缺陷。

1光纤传感器在隧道施工过程中监控量测

光纤传感器以其材质和工作原理上的优越性，具有受环境干扰小，传输损耗低，连接方式丰富(可将多个传感器并联输出)，导线价格低等优点，可以大大提高隧道监控量测的准确度和工作效率并可以降低工作风险和监测成本。隧道的监控量测包括必测项目和选测项目，其中的必测项目主要包括地质和支护状况观察、周边位移、拱顶下沉和地表下沉。必测项目中的这四项在隧道的监控量测工作中一般均需要做测试，这些项目一般通过观察、描述和光学测量仪器如水准仪、全站仪等进行监测，所以，隧道监控量测的必测项目一般不采用光纤应变传感器。选测项目中的锚杆内力量测、围岩体内位移量测、支护及衬砌内应力和表面应力量测、围岩压力及两层支护间压力量测、型钢支撑内外力量测可以通过布设在待测点的光纤应变传感器进行量测。光纤应变传感器在这些项目上的应用不但可以高效准确的进行监控量测，还可以一直将监测工作随着隧道从建设到运营进行长期全寿命实时监测，这一点具有传统传感器无法比拟的优势。

2光纤传感器在隧道火灾报警系统中的应用

光纤的光栅栅距和折射率会因其周围环境的温度变化而发生变化，这种变化会对应地引发光纤光栅的反射谱以及透射谱的变化。通过解调仪将光纤光栅的反射谱或透射谱发生的变化检测并读取显示出来，则得到了光纤光栅周围环境温度的变化数据，通过程序中设定的温度控制阀值和报警装置就可以对隧道内的温度进行实时监测和火灾报警。

(1)隧道内火灾发生的原因。隧道火灾一般由车辆、货物的着火以及交通事故起火而引发，而车辆油箱内的燃油和车辆所载易燃货物则为火灾的发生提供了物质条件。隧道内部发生火灾后，燃油和货物的燃烧会迅速释放出大量的热，并伴有大量的有毒气体和浓烟雾，同时隧道内部温度随之而迅速升高。

(2)光纤传感器的系统组成。光纤光栅感温火灾报警系统主要是针对所监测隧道内部温度的异常升高进行实时测量，显示温度并判断温度是否过高而进行及时报警。主要由光纤光栅感温探测器、解调系统、报警装置、传输光缆和计算机组成。

(3)光纤传感器在隧道内的布设和安装。光纤传感器在隧道内部的布设间距应根据隧道的长度来计算确定，间距太密造成工作量和成本的的浪费，太疏则会影响火灾探测的灵敏度和准确率。当隧道长度介于500m和10000m之间时，光纤传感器的纵向间距不能大于7m;当隧道长度超过10000m时，光纤传感器的纵向间距不能大于8m。光纤传感器应布置于距离隧道拱顶20cm左右的位置，并沿隧道纵向呈直线排列。光纤传感器应在隧道拱顶沿纵向用钢绞线进行固定，以便在不影响隧道内交通的情况下有效监测和预报火灾。对于长隧道和隧道群，由于工作人员观察室距离传感器距离较远，通常需要将光纤传感器测得的温度信号通过光缆远程传输到设备处理器，所以其布设方法和连接方式应按照隧道内车道数的不同而采取不同的方式方法。对于单车道和双车道的交通隧道，光纤传感器可在隧道内断面中央进行单排纵向布设;而当隧道行车道数量多于2时，光纤传感器在隧道内断面中央应按照双排进行纵向布设。双排布设时，两排传感器应交错布置，以便增大光纤传感器的感应机会。

3光纤传感器在隧道健康监测中的应用

隧道健康运营过程中最主要的病害就是隧道的衬砌结构劣化，其表现为衬砌的开裂、掉块、错台、和渗漏水等方面。隧道病害除了降低隧道的安全性、耐久性及其使用性能等外，如不及时发现和处治还会诱发其他更为严重的病害，甚至会缩减隧道的使用寿命。因此对隧道二次衬砌的全寿命监测就显得尤为重要。隧道二次衬砌病害的传统检测技术主要通过地质雷达、地震波法、CT等实现，这些方法可探明某时某刻隧道衬砌的情况和其周围的围岩情况，但无法对隧道内衬砌和围岩情况的变化进行实时监测和报警，同时传统监测由于需要组织大量人员设备进入隧道进行监测工作，不可避免的会影响甚至中段隧道交通。分布式光纤传感技术具有远程、精度高、耐久性、实时性和成本低等特点，将其布设在二次衬砌之中可对隧道衬砌结构的健康情况进行长期、实时的监测。该技术可自动进行，不会对交通造成干扰，并且其实时输出的数据信息可以让隧道工作人员随时掌握隧道的健康状况。光纤监测网的布设需要对隧道的围岩等级、围岩应力水平及经济性等进行综合考虑。沿隧道横断面布设的光纤传感器应根据围岩等级来确定其布设的环向间距，即传感器的环向间距应随着隧道围岩等级的增大而相应减小，并在隧道洞口附近适当加密布设。布设好光线监测网后，根据传输需要将传感器按照一定的连接方式组合，通过光缆将光线应变传感器连接到解调仪上进行监测。

4结论

光纤应变传感器以其相较于传统传感器的诸多优势而被广泛应用于隧道中。在隧道施工过程中，光纤应变传感器可以准确监测隧道结构的受力和变形情况，从而为隧道的安全施工保驾护航;在隧道火灾检测报警方面，光纤传感器以其自动化和网络化的特点提供良好的服务，从而预防火灾和减少火灾造成的损失;在隧道健康监测方面，光纤传感器可以实时监测隧道衬砌结构并进行长距离传输，从而使隧道的全寿命健康诊断与评估成为了可能。

参考文献

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［7］张影．光纤光栅火灾报警系统在高速公路隧道中的应用［J］．公路交通技术，2013．

光纤传感技术论文范文第4篇

关键词：港口 大型设备 监测技术

1.引言

近年来，港口大型设备事故时有发生，靠传统检测很难及时、全面发现故障发生的预兆及发展趋势。而起重机械事故通常具有不确定性和不可预见性，其造成的结果却是极其严重的。目前，我国大部分港口普遍缺乏一套行之有效地实时监测和评估港口大型设备的技术和方法。若不能及时、准确地获取港口大型设备真实的状态信息，则会给设备运行留下安全隐患。随着经济的飞速发展、货运量的大幅增加，确保港口机械设备的技术性能状态经常处于良好状态，实现实时监测，避免突发性故障的发生是亟待解决的问题。

2.港口大型设备检测存在的问题

通过调研分析，当前港口大型设备在安全管理上主要有以下几个问题。

（1）部分港口缺乏先进的检测手段、方法及设备，对港口大型设备的维护主要以日常检测为主，不能实时、准确地反映设备的实际状况。

（2）各港口的检测人员检测技术水平不一，对关键的失效模式并不能进行准确地判别，检测和诊断则缺乏较强的针对性。

（3）港口现场作业繁忙、环境恶劣，不停机检测和检测数据的传输存在很大的困难。且设备运行状况相关数据大量流失，对设备的健康状况诊断数据匮乏。

（4）港口大型设备缺乏有效的在线实时监测设备、系统及安全评估系统。

以上问题已成为港口大型设备安全、可靠运行的潜在隐患。因此，迫切需要一种能及时发现危险源的实时监测技术来解决这些难题，及早发现缺陷并判断缺陷是否具有危险性，以使能及时维修处理，避免起重机事故的产生。

3.港口大型设备安全监测技术研究

目前，针对港口大型设备检测的常规办法主要有目测、射线检测、磁粉探伤检测和超声波检测等方法。以上检测方法具有很大的局限性。首先，结构表面去漆，不仅耗时长，且对于不规则的构件表面检测比较困难，对人的操作技术水平要求较高，但效率较低。第二，射线检测对人的身体有害，检测时必须有很严格的保护措施。第三，起重设备检测属于高空作业，存在一定的难度，且检测的范围有一定的局限。第四，目测等方法很容易引入主观误差。基于以上原因，一般性检测手段对于港口重大设备的缺陷诊断，误判、漏判很难避免，且不能实时准确反映在役设备的真实状况，对于设备运行将留下安全隐患。

随着科技和工业的发展，国外较早地开展了起重设备的在线监测与诊断研究，将成果应用到实际，并取得显著的经济效益。近年来，国内对于港口起重设备在线监测技术的研究也向多方面进行了拓展。

3. 1港口大型设备安全监测技术

3.1.1基于电阻应变技术的无线应力在线监测系统

电阻应变技术是通过电阻丝应变与电阻变化的对应关系来获得被测件在贴有应变计处的结构应变值，从而实现对结构的检测。该方法技术成熟，成本较低，不会对待测构件造成损伤。当前国内学者开展了无线应力在线监测系统的研究。无线应力在线监测系统是借助遥测技术获取结构受力部位的应力信息，并实时传输到监测设备，以达到实时了解起重机结构受力状态的一种起重机实时监测系统。此技术中应力的采集多采用电阻应变技术。电阻应变片其耐蚀性、耐湿性、耐久性差，环境适应性差，难以实现在线监测系统对起重机长期监测的目的。此外，该在线监测系统在干扰因素过多，传输距离较大的情况下，无法保证数据能够安全无误传输。

3.1.2声发射技术

声发射技术，它是以瞬态应力波的形式迅速释放其内部积累的应变能的过程，可准确捕捉活动裂纹的位置。声发射技术用仪器探测、记录、分析声发射信号，并利用声发射信号对声发射源的状态做出正确判断。声发射技术具有动态、实时、整体和连续等特点，对结构的形状、尺寸不敏感，可以对大型结构进行大面积的检测。它能够在线检测、监测活性缺陷。对于受力情况复杂的起重机金属结构，它比超声波、磁粉检测效果更好、更真实，同时也可以减少检验中不必要的停机。声发射技术可以弥补常规无损检测方法的不足，实现结构状态的整体监测，为有效地安全监测提供准确的依据。

声发射技术不能提供被测件的静态缺陷。在实际中，由于大型起重机械工作环境比较恶劣，噪声非常大，而声发射信号却非常微弱，声发射信号则很容易被噪声湮没，实际测得的声发射信号将含有较多电气、机械噪声，在实际的工程应用中声发射监测效果并不太理想。

3.1.3光纤光栅传感技术

光纤传感技术是一种以光波为载体，光纤为媒质，感知和测量被测量信号的新型传感技术。光纤光栅传感技术的优点是抗干扰性强，不受电磁、噪声影响；灵敏度、可靠性高；能串接复用，可实现分布式监测；耐久性好，动态响应快，信息传输远，信号长距离传输不需要专门的调节，可满足长期健康监测的要求。但传感器、检测仪等设备成本相对较高，且光纤传感器对温度同样敏感，在实际应用中需要采取相应的温度补偿措施。光纤光栅传感技术目前多用于桥梁结构安全监测。

3.1.4数字图形图像处理技术

数字图形图像处理技术是通过将采集到的图像信息转化为数字信息，并利用计算机进行除噪、增强、复原、分割、提取等处理的方法与技术。基于数字图像处理技术的监测方法是一种新型的非接触式监测方法。基于数字图形图像处理技术的监测系统与光纤传感技术等监测技术相比，成本较低。它是一种实时的、高精度的、远距离的、能进行结构静动态位移监测的监测方法。该方法不伤及被测物，不干扰被测物自然状态，且可瞬时获取被测物体大量物理信息和几何信息。基于数字图像处理技术的监测方法对于拍摄环境要求较高。基于数字图像处理技术的监测方法现多用于桥梁、坡道等相对简单的结构。起重设备工作环境复杂，利用照相机技术在无线网络传输速度低的情况下不易满足起重设备监测的需求。利用数字摄影测量技术进行自动实时监测将是今后钢结构安全监测的发展趋势。

3.2港口大型设备监测管理

对监测得到的数据进行详细的分析，若分析得到异常数据，应对用户及时发出警告并寻找产生异常的原因，通过检修维护，排除异常，以达到消除事故隐患的目的，实现安全监控与起重机正常作业同时进行。使用监测系统还可以积累大量史数据，当起重机出现故障，可以为维修人员查找故障提供依据，在故障发生之前做出预报，减少事故发生的概率和损失，提高起重机的安全性和可靠性。

4.结束语

本文充分比较了各种港口大型设备安全监测技术的应用特点及技术特性，为港口企业和相关科研单位提供参考。开展港口大型设备安全监测技术研究，开发起重设备安全在线监测系统，对于港口相关部门及时掌握港口在役设备的运行状况，防止起重事故的发生具有重要的意义。

参考文献：

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[6]崔燕.基于数字图像与特征点的结构位移与应变监测方法[D].硕士学位论文.哈尔滨：哈尔滨工业大学.2014.06.

光纤传感技术论文范文第5篇

【关键词】 布里渊 分布式 光纤传感

随着社会发展，安防已经变得越来越重要，及时发现入侵对我国安防建设有种重要的意义，别的安防系统监测距离短且容易受到电磁的扰动，而本文中叙述的安防系统不仅监测距离长而且不容易受到电磁的干扰，对安防领域具有重要意义。光纤传感入侵定位监测系统可以通过监测光纤应变或震动等确定事件发生的位置，已有传感定位系统多采用Sagnac干涉环结构或者马赫-增得干涉结构实现定位，但无法同时满足高精度和长距离探测。这样的话就必须采用BOTDR原理，利用自制的光纤纵模分布反馈激光器，结合边缘滤波调解技术，建立一套分布式光纤传感入侵定位系统监测，实现了对入侵事件的实施快速定位监测，空间分辨率也相应高了起来。

一、布里渊散射传感原理

布里渊散射原理是基于光纤中光波与声波在传播过程的相互作用，这两者的相互作用会使光产生频移，该频移的产生相当于入射波被一个声光栅散射产生了反射光子，我们利用这个频移，通过测得其频移方向和大小，来实现传感物理量的转换。光纤所处温度、所受应变皆可通过布里渊频移间接计算得出。在实际工程使用中，由于入侵事件都是不确定的，所以需要一套具有实时监控能力且无盲点的监测系统才能完全监测到入侵、避免出现遗漏，而光纤作为传感原件是沿线路连续分布的，这就避免了线路中产生盲点。通过对光纤中布里渊散射频移量大小的监控，可以分析得出被入侵点的准确位置，以及被入侵程度，这就是目前布里渊散射在光纤传感入侵定位监测系统中最有效的应用方式，达到了兼备高精度、无盲点、长距离、实时性等诸多优异性能。

二、实验与分析

由于本项研究处于早期阶段，所以此次试验都是采用自制的激光器、自制传感光缆以及其他自制光信号解调器。并参考了各类中外文献，以及前辈所写的论文，保证本次试验和分析能够得出更为准确的结论，更好的为国家安防事业做出贡献。我们将激光输出进行一定的比例分束，然后小比例的一束作为本振光，另外一个大比例的经偏振控制器调整偏振态，通过电光调制器进行脉冲的调制，经过掺铒光纤放大器1放大之后，波分复用器滤过自发辐射噪声通过扰偏器和环形器，输入到单模传感光纤里面去。散射回的信号此时变得非常非常弱，必须得通过掺铒放大器2来放大，然后再经过一个环形器，通过自己制造的窄带可调谐光纤光栅滤波器之后的布里渊反射光和本振光相干，通过高速光电探测器的监测，然后得到了实验的最终结果---后向布里渊散射信号。

在实验中，波分复用器滤波的通道为1550nm，带宽30nm，隔离度大于20dB，损耗小于0.15dB，和本振光相比，相对有一定的偏移量，能满足实验的要求并且监测到相干信号。放大之后的布里渊信号只有um量级，采用高速光电探测器前置放大滤波电路对信号再次放大滤波，然后通过边缘滤波，将布里渊信号的平移变化转换成强度变化，并通过累加平均处理，平均2的12次方次后，得到最K监测结果。其中前置放大滤波电路实现对微弱电信号的放大并抑制信号频带以外的噪声，其滤波中心频率为11GHz，3dB快带为1Hz，插入损耗小于0.1dB。实验系统采用50ns脉宽的光脉冲，重复频率为10KHz，传感光纤长度为10km。因此，完成2的12次方次累计平均处理所需时间小于1s，即系统的监测周期小于1s，可满足快速监测入侵事件的要求。

经过实验分析表明。实验系统在室温25度环境下且光纤不受外力时，布里渊信号的中心频率在10.9GHz左右。因此当应变和温度引起的频移总和超过初始中心频率100MHz时，信号将越过带通滤波器的单边上升沿的边界，导致信号幅值减小，从而引起错误判断，限制了系统的监测范围。采用更大带宽的带通滤波器并合理的选择其中心频率，可以扩大系统监测的动态范围。

至于如何消除缓变温度的影响，适应野外环境下的应用，以及进一步提高系统的应变分辨率，将在后续的工作中研究。

结论：在BOTDER原理中用单纵模光纤光栅到带通滤波器理论结合实际的实验中表明，系统可以在1s对10km范围的传感器进行测量，并达到5m的空间分辨率和200uε的应变分辨率。这项实验表明本系统在监测入侵领域的能力，即便现在所处阶段并不成熟，也能对国家安防领域起到很重要的积极意义，而且经分析判断和实验结论，基于布里渊散射的分布式光纤传感入侵定位监测系统在长距离入侵定位方面有着良好的前景。

参 考 文 献

[1]贾振安，应旭东，乔学光，等.光纤光栅高速动态震动信号调解技术的研究[J].光电子。激光，2011，22（5）；729-732.

光纤传感技术论文范文第6篇

【关键词】光电测试技术 教学内容研究 电力特色

《光电测试技术》是上海电力学院测控技术及仪器专业的重要专业选修课。它是一门综合性很强的课程，涉及了光学、电子和计算机等多门学科，也是现代检测技术重要的发展方向，对培养学生综合运用专业知识及创新能力起着非常重要的作用。如何在有限的学时内，通过该课程的学习，培养学生达到教学目标，这对教师提出了挑战。笔者从教学内容的选取和组织安排等方面进行了一定的探索和研究。

一、优选教学内容

光电测试技术课程包涵的知识点很多，并且随着科技的进步，新的测试技术不断地出现，需要进一步扩充教学内容。而不同的院校有又不同的背景，在不同的领域上有所侧重，需要量体裁衣，合理选择教学内容。

（一）突出电力特色

上海电力学院的办学定位与培养目标是主要为社会培养和输出所需要的应用型技术人才，特别要为电力行业的科技进步服务，培养电力行业所需的第一线的应用型技术人才。为了突出本校的电力特色，尤其考虑到测控技术与仪器专业的部分学生在毕业后会进入电厂等相关电力领域工作，所以在教授内容中加入最新的电力知识是很有必要的。

近年来，光电测试技术的发展可以说是日新月异，新的科技成果不断涌现，在电力系统中的应用，主要体现在以下几个方面。

1.火焰图像检测器

光学成像技术在燃煤火电厂煤粉炉炉膛火焰视频监视上的应用，可以直接地反映炉膛内的燃烧情况，给运行人员提供相对直观的判断依据，对锅炉的安全运行和操作起到及时的指导作用。安装好、调试好、使用好炉膛火焰电视设备，对锅炉的安全和节能经济运行都有着非常重要的意义。这部分内容可以和书本教材中的固体成像器件配合起来教学。

2.激光盘煤技术

传统的煤场存煤量测量方法不仅需要耗费大量的人力和物力，其测量结果也极不准确，严重制约了电厂现代化管理水平的提高。目前新型的自动盘煤方法为激光盘煤仪，采用二维高频率激光扫描仪对料场的表面进行高频率断面扫描获得高密度的断面数据，结合行程测量器获得的料场长度和回程测量器获得的扫描仪偏转角度数据，实现料场体积的计算、料场三维模型的显示。在盘煤的实时性和准确性方面都有显著的改善，取得了比较满意的结果。[1]该部分内容可以和书本教材中红外辐射与红外探测器配合起来教学，还可结合数字信号处理、数字图像处理等课程对图像恢复重建等展开探讨。

3.光纤传感技术

光纤传感技术具有细而柔软、抗电磁干扰、绝缘性能好、防爆性能好、 耐腐蚀、导光性能好、信号衰减小等特点，可以解决常规检测技术难以完全胜任的测量问题。分布式光纤传感技术是随着“智能结构和智能材料”的需要而发展起来的一项新技术，集传感与信息传输于一体，广泛应用在电力行业中：电缆状态监测，如电力电缆的表面温度检测监控、事故点定位、电缆隧道、夹层的火情监测等；变电站监测，如母排、桥袈、变压器、电动机、发电机、配电盘的温度分布、测量及故障点检测等；水电站、发电厂监测，如加热系统、蒸汽、输油管道；送煤系统的温度监测和故障点的检测等等。

光纤传感技术正好和书本教材的光导纤维与光纤传感器匹配，在了解光导纤维与光纤传感器的基本原理后，引入大量的光纤传感技术在电力系统中应用的工程实例，更好地贯彻了理论联系实际这一原则，可以使学生思考如何学以致用。

（二）适应科技发展

光电测试技术内容多，知识面广，又是多学科交互融合、互相渗透的前沿科学。通常情况下，教材对基础知识、基本原理和基础效应介绍较多，对具体应用和设计方面则较少；对经典的光电器件介绍较多，新型光电器件较少；传统技术叙述较多，尖端技术和综合应用较少。由于种种限制，不可能找到一本非常完美、各方面都满意的书本教材，我们只能选择较合适的，在讲授基本内容的同时，一定要补充最新的相关内容，将新型的光电检测器件、新型的光电测试技术和手段、各种光电检测器件的最新进展和应用等最新相关科研成果融合在教学过程之中，不断进行教学内容的完善和改进，有效的引导学生了解最新的、最先进的科学内容。比如在中国第一个目标飞行器和空间实验室——天宫一号与神舟十号飞船实现对接时，激励学生关注其中所采用的最新光电测试技术。

以上的内容是书本教材所无法包括的，所以我们要结合时代科技的进步，与时俱进，不断深化教学内容，注意学校的行业特色，关注火电厂及电力设备等的光电测试技术，对于教材上没有提到的但是有益的内容，一定要在课堂上提出，或者给出相关概念引导学生自己查找所需资料，不断的通过自制多媒体课件、课外资料等来添加教学内容，给《光电测试技术》注入新的血液，来激发学生的学习兴趣。

二、 精心组织教学内容

上海电力学院将该课程核定为32学时，在短课时内，面对如此多的教学内容，需要根据本专业的特点精心组织安排，否则会使得内容杂乱无章，缺少完整性和系统性，让学生无所适从。

（一）课程认识和章节联系

首先讲解课程的主要内容、结构和各章节的之间的联系，让学生对该课程有一个整体性的认识，然后具体到每一个章节。在开始学习前都列出教学要求，学完一章后都有复结，让学生清楚自己应该达到的标准，也方便期末考试。第一部分光电测试技术的理论基础是最基础的内容，尤其是我校未开设《物理光学》《应用光学》等相关课程，学生只是在《大学物理》中接触过有关光的知识，这部分必须详细讲解。第二部分是常用的光辐射光源，只有这一章是讲如何产生光信号的，其中光电测试用主要的光源发光二极管和半导体激光器都是从电信号转换成光信号，正好与第三部分光电检测器件是如何进行将光信号转换成电信号相对应，可以让学生更换地理解光电转换。第三部分是各种光电检测器件的结构原理及应用，要结合它们各自典型的应用系统的分析和设计，使学生对整个知识体系有个更全面、更深刻的理解。

（二）注意知识点的联会贯通

光电测试技术涉及光、机、电、自动控制等许多领域。如在讲到光电器件和集成运算放大器连接时，模拟电子技术中运算放大器的三大特点：“虚短”“虚断”和“虚地”，如何运用它们来完成电压放大、电流放大和阻抗变换，而这牵涉深度负反馈的概念，又与自动控制相关。所以在教授新课程的时候，不断地回顾先前学习过的课程，可以较好地调动学生的参与积极性，不会觉得什么都是新的，都要从头开始学，能够温故知新。

（三）重视实践教学

《光电测试技术》又是一门实践性很强的学科，我们积极鼓励学生参加大学生科技创新活动，坚持课堂教学与课外创新实践活动相结合，提高学生的设计与综合分析能力。

例如讲解光敏电阻后，先采用浙江英联科技开发有限公司的YL系列传感器实验仪及系统实验台开设光敏电阻的特性测试实验，让学生先了解光敏电阻的光电特性、伏安特性和光谱响应特性，对书本知识深入掌握后，再鼓励学生从光敏电阻特点出发自己设计路灯自动点熄电路，通过查找阅读资料并与实际应用电路比较，能否进一步改进，使其更加智能化、自动化等，最后以小论文的形式提交。这样不仅加深了学生对基础知识的理解，拓宽了知识面，更是锻炼了学生独立思考和自主创新的能力。

在教学过程中，注意提出在日常生活中的一些光电检测系统应用实例，可以提高学生学习的热情。如讲到光电开关，就会提到在洗手时，是如何实现手到水出的？除了光电开关外，还有什么器件能够达到这种效果的？热释电器件可不可以？

三、结论

对《光电测试技术》的教学内容进行了探讨，通过合理选择教学内容、注重结合我校电力特色、重视实践教学，将学生独立思考能力、动手能力和创新能力的培养融合到专业课教学中，培养适应21世纪全面发展的高素质人才。

【参考文献】

[1]刘艳玲，刘海烨，秦健露.天煤场自动盘煤方法的研究[J].制造业自动化，2011，33（7）：93-96.

光纤传感技术论文范文第7篇

光学之芒,灿烂辉煌。在光学的领域里,他头顶着太多的“光环”,却没有丝毫松懈,肩负着无限重任,但始终沉着、坚毅。他渊博宽厚,抱定赤子之心,十余载春秋献身中国光学领域,他就是首都师范大学物理系研究员、系科研副主任张岩。

九天揽月鸿鹄志 步步为营创辉煌

在通往科学高峰的路上,张教授一路前行,品尝着希望与困难,交融着荣耀与汗水,深造期间,他用不懈的努力换来了中国光学科技前沿领域的重大突破。读研期间,他同导师刘树田教授一起在国内率先开展光学分数傅立叶变换的研究。为利用光学分数傅立叶变换进行信息处理铺平了道路。在中科院物理所攻读博士学位期间,开拓了分数傅立叶变换在光学信息处理领域中的应用,被评价是国内在现代光学技术科学领域研究工作中的优秀成果具有国际先进水平。

1999-2001年,他获得日本学术振兴会博士后基金资助,在日本山形大学工学部从事生物成像研究,被应用在实际的仪器上。2001-2002年,他在香港理工大学电子工程系从事光纤气体传感器研究。其研究内容被收录在《光纤传感技术新进展》一书中,已出版发行。2002-2003年,他在德国洪堡基金的资助下在德国斯图加特大学应用光学研究所任洪堡研究员,从事数字全息重建算法的研究,提出了利用相位恢复算法来进行数字全息重建的新方案,引起了同行的重视和肯定。这部分内容作为美国Nova Science出版社的新书《New Developments in Lasers and Electro-Optics Research》中的一章,已经出版发行。

2003年,他进入首都师范大学物理系工作,先后获得了北京市科技新星计划,北京市留学人员择优资助等人才项目的资助。作为北京市“太赫兹波谱与成像”创新团队的核心成员,主要从事太赫兹波谱与成像,太赫兹波段表面等离子光学和微纳光电子器件设计研究。他提出的多波长成像方法得到了美国Rice大学太赫兹研究者Mittleman的认可,被评价为不仅可以有效地增加成像范围,还可以提高信噪比。多篇论文被太赫兹领域的虚拟期刊收录。并于2007年和2009年分别到美国伦斯特理工大学和德国康斯坦茨大学进行访问研究。

欢声震地 惊退万人赢战绩

在多年的研究中,张教授撰写了众多论文和专著、获奖无数,参与撰写专著三部,申请专利4项,发表科技论文130余篇,其中SCI收录论文80余篇,影响因子在3.5以上的论文22篇,被他人引用510余次,H指数为12。1996年获黑龙江省优秀科技论文奖,1999年获得日本学术振兴会博士后基金,2002年获得德国洪堡基金资助,2004年荣获北京市科技新星称号,2005年获北京市优秀人才资助,2007年被评为北京市中青年骨干教师,2007年“基于太赫兹光谱和成像技术的检测方法”获中国分析测试协会科学技术奖(三等奖)。

光纤传感技术论文范文第8篇

关键词： 光纤振动传感系统； 复用； 相位生成载波

中图分类号： TN 911.74文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.009

引言

随着科技的发展，安全防范的重要性越显突出。一些重要的保密部门、军事要地、银行、机场等对大范围、长距离、高可靠性的安防技术的需求越来越显著。目前，已有大量的光纤传感技术应用于安防系统，其特点是抗干扰性强、可靠性高，隐蔽性好、可防探测，易于安装和维护[12]。

在实际应用中，常常会遇到需要对多个对象进行监测，而一个被监测对象需要对应一套光纤传感结构，这不仅大大提高了整个监测系统的成本，而且系统的复杂程度也逐级上升，给维护也带来了很大的困难[3]。为了解决上述问题，通常采用复用的方法，来达到简化系统，降低成本，易于维护的目的。

1背景技术

在光纤传感所采用的复用技术中，相位载波复用是较常采用的技术，即通过相位载波复用，使不同的感应单元复用共同的光源、光纤光路以及光电探测器等。这种复用方法，如文献[45]所描述，通过对不同的感应单元施以不同频率的相位载波进行调制，每个载波频率对应于一个感应单元，各感应单元产生的干涉信号被共同的光电探测器检测。为了实现复用与解复用的目的，上述的相位载波复用技术一般具有以下特征：

（1）为了使复用的信号不发生混叠，相邻载波频率之间的频率差必须大于外界扰动引起的信号基波频率上限的两倍；

（2）对于光电探测器后的信号，通过信号处理技术，采用载波基波或谐波作为参考信号，对载波基波或谐波边带信号进行处理，以达到将干涉信号解调出来的目的。

在该技术中，由于对相邻频率的间隔要求，同时为了使不同载波的基波、谐波频率不发生混叠，使得调制频率的选择受到较多限制，由此会影响到实际复用的数量；同时，为了使复用的数量足够大，对调制器件的工作点要求可能会很分散，并要求调制器件具有高的工作频率，这不利于实际应用。在信号的解调中，如引入信号处理技术，会增加信号处理部分的技术难度和技术复杂性，并大大提高后端的开发成本和设备成本。

在光纤传感系统的许多实际应用场合，两个事件完全同时发生的概率很小，即两个感应单元同时感应到信号的可能性很小。针对这种情况，本文提出一种新型的基于相位载波复用技术的光纤传感复用方法。在光纤干涉系统中，对感应外界扰动的不同感应光纤单元产生的干涉信号，用不同频率的载波进行调制，相邻载波频率之间的频率差无需大于外界扰动引起的信号基波频率上限的两倍，各光纤感应单元形成的信号被共同的光电探测器检测后，利用信号基波来分析扰动信号的物理量，并利用载波基波或谐波的边带判断感应扰动信号的光纤。

由于每次扰动事件只发生在一个感应单元，即只有一个感应单元感应到扰动信号，设该单元为第i个感应单元，从式（4）可以看出，调制频率fmj（j≠i）的基波和谐波将不会出现边带，而调制频率fmi的基波和谐波则出现边带，根据这一特点即可判断感应扰动的感应单元。由于仅需观察是否出现边带，仅需相邻的调制频率有一定的间隔，不影响边带判断即可，不需要传统的相位载波复用方案那样要求具有两倍于基波最大频率的要求。图1为i单元发生扰动时的频谱示示意，在该图中，载波频率fmi出现了明显的边带，说明感应信号来自于感应单元i。对于出现边带的载波频率的确定，利用一些便捷的分析手段，例如边带的能量、谱线的对称性等，即可实现；信号基波则可用来恢复干涉信号。

由于仅用信号基波来恢复干涉信号信息，无需像传统相位载波复用那样用载波基波或谐波作为参考信号来解调干涉信号，相应的信号处理手段简单，由于这个特点，也可以很方便地应用于施加载波的调制端远离解调端的情况下（例如图3的结构中），而无需将调制信号引回解调端或在解调端恢复出解调所用的参考信号。

3数据分析

本文采用的是图2的结构。所使用的第一耦合器1为3×3均分耦合器，第二耦合器2为2×2耦合器，有2个复用的感应单元：4（1）、4（2），使用的是光缆中的一芯，相应的光缆长度分别为21 km、14 km。光源为中国电子科技集团公司第44所生产的SO3B型超辐射发光管（SLD）型稳定光源。光纤延迟器3使用的是美国 “康宁”生产的G652型单模光纤，光电检测装置8中使用的光电探测器为中国电子科技集团公司第44所生产的型号为GT322C500的InGaAs光电探测器。使用的相位调制器是将光纤绕在压电陶瓷上制作而成。经测试，信号基波的最高频率小于80 kHz，施加在相位调制器7（1）、7（2）上的频率分别为100 kHz、110 kHz。低通滤波器9的带宽为80 kHz，从光电检测装置8输出的信号经低通滤波器输出的信号，经信号采集卡采样后，进行扰动位置以及扰动性质的判断。同时，对光电检测装置8输出的信号进行采样，对载波基波的边带，即频率100 kHz、110 kHz的边带进行分析，即可判断扰动来自那根感应光纤。系统中所使用的采集卡为NI公司产品。

当敲击加有100 kHz载波频率的传感光纤时，所得到的的信号依次如下，图4（a）为加载波后信号波形。图4（b）为其频谱图，可以看到，100 kHz左右的边带有信号，而110 kHz左右边带比较干净，所以可以判定敲击信号是加在100 kHz所在的传感光纤上的。图4（c）为经过80 kHz低通滤波器后得到的振动信号。

当敲击加有110 kHz载波频率的传感光纤时，所得到的信号依次如下，图5（a）为加载波后信号波形。图5（b）为其频谱图，可以看到，110 kHz左右的边带有信号，而100 kHz左右边带比较干净，所以可以判定敲击信号是加在110 kHz所在的传感光纤上的。图5（c）为经过80 kHz低通滤波器后得到的振动信号。

由以上数据分析可以看出，可以用载波基波或谐波的边带来判断信号发生的感应单元，可以通过低通滤波器解调出相应的线路上的信号。

4结论

本论文使用载波基波或谐波的边带来判断信号发生的感应单元，这种判断方法简单易行，系统结构简化。本方法的另一优点是相邻载波的频率差无需大于信号基波的频率上限的两倍，这方便了载波频率的选取以及相位调制器件的选择，也使得复用单元的数量更大。

参考文献：

[1]JUAREZ J C，MAIER E W，CHOI K N，et al.Distributed fiber optic intrusion sensor system[J].Lightwave Technology，2005，23（6）：20812087.

[2]潘岳，王健.双马赫曾德尔型干涉仪定位技术研究[J].光学仪器，2012，34（3）：5459.

[3]DAKIN J P.Distributed optical fiber sensors[J].Proc SPIE，1992，1797：76108.

[4]韩泽，陈哲，胡永明，等.光纤水听器阵列的多路复用技术[J].半导体光电，1999，2（4）：231234.

[5]吴媛，卞庞，肖倩.基于相位载波复用的光纤周界安防系统及其实现方法[J].光子学报，2011，40（7）：967970.

光纤传感技术论文范文第9篇

关键词：智慧物流；传感器；激光技术；物联网

Abstract： With the rapid development in intelligent logistics and E-commerce， logistics is increasingly related to our way of life. The internet of things（IoT）brings about not only lots of convenience but also some new challenges to people. As a great number of applications of high-performance and low-cost sensors are being applied， the break-through of the existing bottleneck of intelligent logistics is imminent， while a lot of progresses have been made in laser technologies， and wide applications in intelligent logistics have been implemented by taking advantages of measuring distance and velocity， positioning and other monitoring with lasers and sensors， etc. In this paper， the applications and future development trend of laser measurement and sensing technologies in the logistics field are comprehensively discussed.

Key words： intelligent logistics； sensor； laser technology； internet of things

引 言

智慧物流是利用集成智能化技g，使物流系统具有模仿人类的“思维”一样，能感知、推理判断并自行解决物流中某些问题的能力，它广泛运用无线射频识别、传感器、定位系统、移动通讯等先进的物联网技术，应用于运输、仓储、配送等基本环节，以实现智慧物流的自动化运作与智能化管理，其主要利用高新技术来代替传统管理手段，来达到物流配送体系高效率、低成本的运作目的。并随着大量高性能、低成本传感器设备以及无线射频技术（RFID）的普及，物联网技术为物流发展的瓶颈突破提供了契机，智能物联网的提出和发展更是使得智慧物流的进步有了更大的研究空间。因此，基于物联网智能传感器的研究与应用就具有重要的意义。

在智慧物流中，要做到物联网的概念就必须实现对货物感知、定位、识别、计量、分拣、监控等。同样，在自动化生产过程中，仓储物流由各种设备互相配合共同完成，如：货物存取系统、输送线、自动导向车、叉车、起重及吊运设备，需要与每一个工位保持有效的联系以保证系统的正常工作：不能有碰撞、失控、生产过程中断等情况发生。这就必须用到RFID、条码以及各种传感器，如：激光、红外及视频监控等传感技术，因为它是物联网的基础，是人机互动的纽带，其中激光检测技术凭借其在测距、定位、测速、监测等方面的优势，在智能化立体仓储的空间利用、体积测算、港口散货装船机物位检测、堆垛机和自动导向机等设备中起到了关键作用，并积极推动和提升了物流系统的整体性能[1]。

本文浅析了激光器测量和传感技术在物流业现阶段应用状况，着手应用实例分析，重点阐述近些年激光测距、激光雷达技术在智慧物流领域的应用案例与未来的发展趋势。

1 我国智慧物流的发展以及激光器技术在物流业的应用分析

2009年中国物流技术协会信息中心、华夏物联网和《物流技术与应用》编辑部联合提出了智慧物流的概念，认为智慧物流以物联网为技术基础，实现对物流运输、仓储、配送等环节的自动化、可视化与智能控制，是未来物流业的发展方向，也符合将来物联网的发展趋势[2]。

激光原理早在1917年由著名物理学家爱因斯坦提出，但直到1960年才在迫切的生产实践需求和完备的理论体系背景下得以实现。激光一经问世，就获得了超乎寻常的飞速发展，不仅使光学原理和技术应用获得了全新的认知，而且直接导致了一门新兴产业的出现。激光的使用使人们获得了前所未有的先进方法和手段，以实现前人无法实现的想法和目标，去获得空前的成果和效益，从而使得生产力得到了前所未有的发展。虽然我国激光产业近些年取得了长足的进步，但不得不承认，目前我国激光产业（特别是在激光核心器件方面）和激光产业发达国家还是存在明显的差距，主要体现在成果转化与产业化程度较低、基础研究力量薄弱、激光关键器件技术提升缓慢等方面。

近几年，民用激光器因其具有低功率、高稳定性和安全可靠性等多方面的优点引起了研究人员和应用企业日益浓厚的兴趣，已经在通信、物流、医疗等民用领域大展身手，并在多种应用场合取代了目前常用的传统设备。激光产品的出现以及其性能的不断完善，必将加快激光技术在各领域的应用，从而提高生产工业自动化水平和人们的生活质量，而激光产品应用到物流行业也在人们的实验中一步一步的走来，逐步提高了物流运输自动化实现的进程。

（1）激光测距的应用。激光测距的原理与无线电雷达相同，在工作时由激光y距仪向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间乘以光速计算出从观测者到目标的距离。由于激光测距仪具有探测距离远、测距精度高、抗干扰性强、保密性好、体积小巧等优点正日益受到重视，并随着激光定位技术的发展和成本价格的急剧下降，越来越多的汽车行业、自动化行走及物流仓储系统等纷纷开始采用激光测距定位系统，极大地推进了大型物流仓储系统精确定位自动化的进程。现代工厂的大型物流输送系统通常采用的是激光条码定位系统，该系统安装方便，设置容易，具有良好的抗震性和防晃性，条码对灰尘和损伤不敏感，响应时间小，精度高，并且集激光测距与旋转编码器的优势于一身，既可以用于直线运动，也可以用于曲线定位，掀起了现代物流行业的自动化的新一轮技术革命的浪潮[3]。

（2）激光测体积在物料堆位自动测量系统中的应用。文章《火电场煤场储煤量激光检测装置》中提出了煤场物料堆位测量的方案，该方案是利用装有CCD点阵式摄像机和激光器的小车在口式堆取料机上作二维扫描运动，让激光器发出激光照射在煤堆表面，根据出射光和CCD之间存在一定的夹角和不同的煤堆厚度，激光器的照射点在CCD照相机中所呈现的红点的不同位置的比例关系，算出该点的厚度。同时，送样小车会随着运动路程通过CCD将这些离散的厚度点记录下来，并将这些离散的扫描一并传入PC机，PC机再利用这些点的坐标，用近似积分法，算出煤堆的体积[4-5]。同样的，对于水泥厂的熟料库或者粮仓等这类大型仓储，都可以运用此项技术测量仓库内的物料堆位信息以方便工作人员的查看和工程术人员的数据参考。

（3）激光传感器的智能监控系统。通过传感器对特定环境中的CO等气体浓度进行监测并保持实时提醒在智能家居和智能仓储中发挥着重要作用。该系统是基于物联网和激光传感器的智能监控系统，利用红外激光探测传感器对监控区域内气体浓度进行探测，通过比较分析探测信息与参照数据来得到区域内气体浓度情况，并依据对指标值的处理结果来控制各类设备的工作，使监控区域内的各种指标达到预想状态。系统还具有温湿度数据采集设备控制等功能，能够利用温度和湿度采集设备实时采集区域中的温度和湿度信息，并根据采集数据控制空调、加湿器等设备的工作状态，使监控区域内保持设定的温湿度状态[6-8]。

（4）分布式光纤传感系统。原理为DTS系统使用一个特定频率的光脉冲照射光纤内的玻璃芯。当光脉冲沿着光纤玻璃芯下移时，会产生多种类型的辐射散射。根据光在光纤中的传输速率和入射光与后向拉曼散射光之间的时间差，可以对不同的温度点进行定位，这样就可以得到整根光纤沿线上的温度并精确定位。该系统可应用于危化品仓储中，根据其分布式线型光纤感温火灾报警系统的特性，系统监测到的是光缆沿线的长期工作温度情况。因此，在事故发生之前，系统已经进行了长期有效的温度监测，并可利用经验值根据温度情况做出合理判断，在火灾发生之前对事故发展情况进行掌控，真正做到防患于未然。它能迅速反映火情大小、火灾蔓延方向和火灾烟雾风向，及时给指挥部门提供各类信息，及时给消防主机提供准确的信号，将火灾仓储的损失减小到最低程度[9]。

2 激光技术的应用实践

随着10年物联网发展热潮和13年工业4.0的提出，在智能物联网应用方面，相关研究人员开始了全新的探索和实践，下面简单介绍近年几个企业在智慧物流技术应用的案例。

（1）浙江省烟草公司绍兴市公司卷烟配送中心由于储量巨大、货物摆放密集且出货频繁，因此需要一套完备的仓储自动化设备和有效的管理机制来完善仓储服务以满足其进出货安全、快捷、高效的目的。该配送中心选用的是高架货库系统中的堆垛机设备，其采用了激光测距定位条码定位系统旋转编码器作为定位的测距定位系统，通过对位置定位系统的详细考察分析比较，完成全自动化、准确无误、定点存取货物的流程，该系统还拥有故障率小、精度高等优点并在实际使用中水平往复精度及垂直升降定位精度都达到了±3mm的水平。

此工程是争创钱江杯的工程之一，采用的测距测速传感器是激光测距器和条码定位仪，结合变频器、PLC技术和精确的绝对认址及闭环控制系统，达到机动性好、停准精度高的特点，既满足设备定位精度的要求，也实现了故障率低、经济、实用的特点；由于激光测距仪应用上实际环境条件的限制，在垂直向很难满足定位要求，于是在垂直向采用条码定位仪，它的响应时间为1ms，精度可达0.83mm，在保证设备正常运行的同时也满足其定位要求，也避免了后续维修上的困难及相互影响，目前该技术也广泛应用于食品、烟草、汽配、药品等仓库或者配送中心[10-11]。

（2）港口行业作为国家重要的交通基础设施产业的主要组成部分，对国民经济的发展具有重要的基础作用，有较高的社会效益。同时我国经济的快速发展对港口行业形成巨大市场需求，在国家和地方性政府的大力支持下，港口散货总体吞吐量在逐年的迅速增长，码头散货装卸面临很大的压力，实现智慧物流的模式和散货的自动化装卸势在必行。天津港煤码头引进的新型散货自动装船设备，可在无人操作的情况下实现远程自动化装卸作业，在提高作业效率的同时实现了安全性、可靠性作业，也节约了人力成本，为其他港口提供了切实可行的实例依据，也势必成为未来散货装卸自动化系统的新的发展形势[12]。

天津港煤码头的多次装船试验广泛应用沈阳自动化散货装船机物位检测技术。为实现散货装船机在安全作业的前提下自动快速高效地完成装船作业，它利用安装在散货装船机上的激光雷达，通过多轴伺服控制激光雷达完成对船舱的三维轮廓扫描，后台运用截面边缘提取算法与图形拟合算法相结合的图像处理算法，自动实时获取船舱尺寸以及舱内物料的形状，确定落料轨迹，来实现散货装船机的自动化作业。其检测数据与实际的数据对比如表1所示[13]：

（3）在现代工业生产和智慧物流中，仓储业已经成为企业物流的一个重要环节，它的成本控制、自动化的程度时时影响着企业的效益和服务水平。同样水泥工业和大型粮仓也不例外，通常需要将饲料、颗粒状物料、水泥等货物放在高10～20米高圆筒型仓库中，为了控制生产的连续进行与产品的储存就必须对仓库现存量进行实时监测与控制，最有效的方法就是通过测量物料的高度来估算物料的存储量。考虑到目前激光物位计的小型化、方向性好、非接触式、连续、量程大等特点，同时操作简单，能够测量高粘度物质或粉状物质，并且广泛应用在高温高压、真空和狭小弯曲环境中，分辨率达到1mm、精度

3 激光技术在物流业的未来发展方向

以万能传感器著Q的分布式传感系统是根据沿线光波分布参量，同时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的被测量的分布信息，包括温度、湿度、振动、气体浓度等，现已广泛应用于管道、隧道、围栏、电力系统检测等方面，但是在仓储上却少有应用，然而随着生鲜果蔬、水产品、烟草、医药等物流业的发展，尤其是危化品企业对仓储环境参数的监控提出了更高的要求，特别是温度、湿度等仓储环境参数对存储物品的寿命和腐损率有着重要的影响，并且要求实时监控、图形化显示的同时，最好能对所属货架、藏品柜等甚至是单箱货物的温度、振动情况进行监控，而不是一个笼统的空间温度值。因而将新的科学技术引入仓储系统中构建信息化、网络化、智能化的仓储环境监控系统是重大事故的有效预警措施，具有重大的应用背景及意义。

在现阶段的国内绝大多数仓储企业仍采取人工作业方式，但随着电子商务的不断发展与壮大，仅仅叉车的使用根本无法满足企业对于快速增长的货物处理需求，更无法满足顾客对于购买商品便捷、高效的购物体验。而目前发达国家仓储运作模式均采用了现代化的物流系统，需要达到这样的模式单一物流公司或者软件公司很难实现，拥有跨领域的合作才能实现领域技术双赢的突破。例如做为中国激光业界的后起之秀――海目星激光，就与聚龙股份合作，共同投资组建辽宁聚龙智能物流科技有限公司。他们致力于物流、仓储自动化设备及系统的研发和业务的开拓，主要方向是金库物流管理系统。这种技术型公司利用在软件和自动化设备方技术方面的优势与投资公司在客户资源方面的优势结合，可以实现在智慧物流领域业务的快速增长与突破。

汇能光电有限责任公司创始人徐仕安认为，“中国激光设备走的是模仿、吸收和创新的道路，因为在激光技术和自动化紧密结合的今天，工业制造领域的自动上下料、仓储、物流、无人车间等都涉及到自动化，而这些领域的生产，已离不开激光技术。”想象一下，在我们未来的智能仓储中，装备了以激光制导技术为核心的AGV搬运小车，具有无线的通讯和信息处理的能力，能根据操作人员先前下达的指令协同作业，甚至发展到后期有了场景的自适应能力，能应对复杂环境的突发状况，来达到高效完成装卸与搬运的目的。这将是飞跃性的历史革新，就如同传统手机迅速被智能手机取代一样，留给传统装卸、搬运装备的转型升级时间不会很长，所以，传统物流企业现在要做的就是与相关装备厂商合作，朝着提升企业智能化水平方向不断革新，提高智能装备的技术水平。由此可见，激光测量与传感技术的高速发展和日益普及势必将引起智慧仓储的大革新，甚至是整个物流行业、整个制造业，生产、配送乃至于我们生活方方面面都会得到全新的服务水平[15]。

4 总 结

随着中国智能制造的不断推进，激光技术凭借其在测距、定位、测速、监测等方面的优势在智能化立体仓储的空间利用、堆货体积测算、港口散货装船机物位检测等方面已经拥有了无可替代的应用前景，对于物流业、工业激光的需求也将越来越大，相信在“互联网+”和“工业4.0”等背景下一些新思路和观点的提出，会使得智慧物流下的激光技术应用演绎出更绚丽的光彩。

参考文献：

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[14] 铁吉俊. 基于激光检测技术的仓储物位测量系统的设计[D]. 上海：同济大学（硕士学位论文），2014.

[15] 佚名. 智能装备：智能仓储系统中的AGV[EB/OL]. （2016-03-02）[2016-12-05]. http：///schhp？hl=zh

光纤传感技术论文范文第10篇

出身于物理 结缘于光电

李长胜早年毕业于北京师范大学物理系，在华北电力大学电力工程系攻读研究生期间，他师从我国电工理论与计算电磁学领域的著名专家崔翔教授，并开始涉足光学传感与物理光学领域的研究。

记者：您是学物理出身的，在怎样的机缘巧合下开始涉足光学传感与光学器件领域？

李长胜：1996―1998年期间，我有幸参加了一项国家自然科学基金资助课题，课题题目为“光纤电功率传感机理及信号检测方法研究”，课题负责人为华北电力大学崔翔教授，也是我的硕士研究生导师。在崔翔教授的指导下，我与课题组全体成员共同努力，圆满完成了课题任务。此外，在1996年的一次文献调研中，我查阅到了Applied Optics 杂志上的一篇有关电光晶体双横向Pockels效应的论文，之后提出了将此效应应用于电功率传感的可行性，提出了基于此效应的电光晶体乘法器的概念和机理，以及光传感信号多偏振分量的分时检测方法。电光晶体乘法器是利用电光晶体实现两个电压信号乘法运算的一种无源光学器件，可广泛应用于光学传感与测量，以及电光自动控制等领域。

记者：早年学习物理的经历对您现在的科研工作有何帮助？

李长胜：科研工作中应重视各学科之间的交叉与融合。不同学科领域的知识与方法之间是可以相互借鉴的，这将为你解决所从事课题研究中的问题提供新思路。客观世界及其运动规律是普遍联系和不断发展的，因而各学科的知识与方法之间一定存在许多共性和联系。光学传感技术研究领域本身就需要多学科交叉与融合，例如光学与光电子学、材料科学、微纳米科学与技术、电磁学、力学与热学、化学、医学与生物学、以及通信与网络技术等。

自然科学与工程技术的发展历史表明，许多发明创造是与物理效应密切相关的。物理光学效应是应用光学与工程光学技术研究的理论基础，例如基于Sagnac效应的光学陀螺，基于磁光Faraday效应的光学电流传感器等。一种光学效应在不同时代会有不同的研究意义及应用，不同领域科学与技术的发展是相互促进和相互影响的。例如Sagnac效应发现于1913年，上世纪60年代激光问世和70年代光纤出现之后，激光陀螺和光纤陀螺才得以迅速发展。早在1968年，前苏联物理学家Veselago就研究了左手（或负折射）材料的基本理论，但由于实验条件的制约，直到近十余年才成为热门研究课题。许多国外早就发现的物理光学效应在国内一直未得到人们足够的关注，例如上述的双横向Pockels效应、电致旋光效应等。对各种物理光学效应的深入了解和掌握，将有助于提高人们科技创新与发明的能力，以及提出和解决问题的能力。我现在为我学院研究生开设了选修课《物理光学效应及其应用》，就是出于这样的考虑。

学有所成 报效祖国

千禧之年，李长胜有幸公费留学日本，之后又到香港特区做博士后研究，但因博士后研究工作任务与理想不符，2004年，他毅然回国。

记者：在您的简历中我们看到您有留学日本以及在香港的博士后研究经历，请您谈谈这段经历。

李长胜：2000―2003年，经崔翔教授和芳野俊彦教授推荐，我获得日本政府文部省奖学金资助，前往日本群马大学攻读博士学位，导师为芳野俊彦教授和山口一郎教授，继续从事光学电功率传感器、电光晶体乘法器及其应用等研究。3年留学生涯，导师的严谨治学态度、良好的学术氛围给我留下了深刻的印象。

博士毕业后，我应聘到香港理工大学纺织与制衣学院纳米技术中心任博士后研究员，合作导师为陶肖明教授，主要从事光电子与纳米光学技术在服装领域中的应用研究，直到合同期满。考虑到原来所从事的电光晶体乘法器以及双横向电光效应等研究课题的重要意义及其广阔应用前景，决定回内地继续从事与此相关领域的研究。

教学科研 任重道远

2004年年底，李长胜受聘到北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院任教，教学之余，继续在光学传感及电光学领域开展了诸多创新性的研究工作。

记者：请您谈谈在北航工作期间的科研工作情况。

李长胜：到北航工作以来，除了教学工作以外，所从事的研究工作主要包括光纤陀螺技术，例如提出一种保偏光纤环的新方案；双横向电光Pockels效应、双横向电光Kerr效应的机理及其应用，这类多重电光效应将在光通信、光传感以及光信息处理等领域具有广阔的应用前景；在国内率先开展了电致旋光效应及其应用研究，电致旋光效应是指某些晶体的外加电压使通过其中的偏振光的方位角产生旋转的一种光学效应；首次提出了弹光应力乘法器的概念及机理，此新型光学器件可以使两个外加应力的乘积信号加载于光载波信号之中。

记者：作为一个科研工作者，在确定一个科研项目前，您会有哪些考虑？