光纖傳感器的分類及其應用研究

李帥君

摘要：作為信息科學分支的光電傳感器應用技術，是將傳統光學與現代微電子及計算機緊密結合的紐帶[1]，是獲取光信息或借助光信息提取其他信息的重要手段。如今光纖傳感器已經變得更加靈活、準確且擁有更加智能的AI，并在各個領域都有廣泛的應用。而本文闡述了光纖傳感器的原理特點及其分類，并主要介紹了光纖傳感器在石油工業、軍事等領域的一些具體應用，并簡單設想了光纖傳感器在未來的發展方向。

關鍵詞：光纖傳感器;應用領域;未來發展

1引言

目前，光纖傳感器已經朝著靈活、準確、順應性強、小巧和智能化的方向開展。其已經成為深入國民經濟各個部門的跨行業應用器件，它被廣泛應用于工業生產的許多方面，凡是需要觀察與檢測的場所都有應用的可能。它的非接觸、無損害、不受電磁干擾、能夠遠距離傳送信息與遠距離操縱控制等優點是得到廣泛應用的保障。它在航天、航空、石油、化工、國防、安全、城市建設和農業生產等等各大領域都得到廣泛的應用。

2.光纖傳感器的特點及其分類

2.1光纖傳感器的工作原理

將光源入射的光束經由光纖送入調制器，在調制器內與外界被測參數的互相作用，使光的光學性質（如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等）發作變化，稱為被調制的信號光，再過利用被測量對光的傳輸特性施加的影響，完成測量.

2.2光纖傳感器特點

因光纖傳感器主要是采用光纖較為良好、傳輸性能較高、奇特性較強的傳感功能進行物理測量與機械測量。其具有一定的靈敏性與安全性，且與傳統的傳感器相比，光纖傳感器擁有良好抗電磁干擾能力，優越絕緣性能，質地柔軟的特點[2]。集傳感功能與傳輸功能于一體，數字通信的兼容性較高。

2.3光纖傳感器的分類

目前光纖傳感器大概有70多種，可以分成光纖自身傳感器和利用光纖的傳感器。

光纖自身的傳感器——光纖自身直接接收外界的被測量。外接的被測量物理量能夠引起測量臂的長度、折射率、直徑的變化，從而使得光纖內傳輸的光在振幅、相位、頻率、偏振等方面發生變化。測量臂傳輸的光與參考臂的參考光互相比較，使輸出的光的相位或振幅發生變化，根據這個變化就可檢測出被測量的變化。

利用光纖的傳感器——傳感器位于光纖端部，光纖只是光的傳輸線，將被測量的物理量變換成為光的振幅，相位或者振幅的變化。在這種傳感器系統中，傳統的傳感器和光纖相結合。光纖的導入使得實現探針化的遙測提供了可能性。這種光纖傳輸的傳感器適用簡便、范圍廣，但是其精度卻比前者稍低。

3.光纖傳感器的應用及其發展

光纖傳感器的應用范圍非常廣，因為其本身絕緣于位移、加速度、轉矩、壓力、溫度、光聲、磁、電等方面，故其可以用于測量位移、速度、加速度、轉動、彎曲、壓力、濕度、溫度、聲場、電壓、電流、磁場等物理量，幾乎涉及了國民經濟和國防上所有重要領域，尤其是具有安全有效地在惡劣環境中使用這一特點，解決了許多行業多年來一直存在的技術難題，具有很大的市場需求。

光纖傳感器在人們的日常生活中許多領域也都有應用，例如干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器在城市建設中橋梁、大壩、油田等中的應用;分布式光纖溫度傳感器在電力系統測定溫度、電流等參數方面的應用;光纖陀螺在飛機、艦船、導彈等的高性能慣性導航系統中的應用等等。此外，光纖傳感器還可以應用于鐵路監控、火箭推進系統以及油井檢測等方面。以下是其中幾個領域方面的應用：

1）光纖傳感器在軍事中的應用——光纖水聽器

光纖水聽器主要用來測量水下聲信號，它通過高靈敏度的光纖相干檢測，將水聲信號轉換為光信號，并通過光纖傳至信號處理系統進行識別。與傳統水聽器相比，光纖水聽器具有靈敏度高、響應帶寬寬、不受電磁干擾等特點，從而應用于軍事領域，具有很大的發展潛力。例如由幾百個到上千個光纖水聽器組成的水下聲吶，它一般布設在離海岸數十公里以上的海域中，并用光纖數據傳輸線來傳輸信號;拖曳式光纖聲吶基陣是由水面艦艇或潛艇拖曳一條很長的光纜，光纜的水下端布設若干個光纖水聽器所組成的[3]。這是一種移動式光纖聲吶基陣， 是定位分布式聲吶的補充。它對反潛探測有著重要作用。

2）光纖傳感器在溫度測量方面的應用——光纖熒光溫度傳感器

光纖熒光溫度傳感器是一種新型的傳感器，這種傳感器在接受不同的溫度刺激之后會發出不同的光。這種傳感器原理是基于物體可以通過外接光源的照射而獲得能量，從而導致自身發光的現象[4]。這是一種光發射現象，當材料受到溫度的刺激，材料會根據受到的溫度的不同而發光，這種材料的發光參數能夠與溫度一一對應，我們就可以根據這種不同的發光參數來進行溫度的監測。

熒光強度型光纖傳感器會受到光纖彎曲、散射等影響，測量經常會產生較大的誤 差。因此，當前主要使用熒光壽命型溫度傳感器，這樣可以有效減低誤差，提高精度，過程也不容易受到各種因素的干擾。

此外，光纖傳感器還可以應用于檢測技術、楊氏模量、鐵路監控以及火箭推進系統等方面。光纖傳感還可以不斷汲取光纖通信的新技術、新器件，各種光纖傳感器有望在物聯網中得到更加廣泛應用。

4.總結

近年來，隨著光纖通信技術的迅速發展，特別是不斷提高和完善的光纖與光電器件理論、工藝水平及性能，使光纖技術進入了非通信領域。由光纖技術而誕生的光纖傳感技術在狹小的空間里，在強電磁干擾和高電壓的環境里，都顯示出了獨特的魅力。因此，光纖傳感技術應用的研究受到世界各國的青睞，自20 世紀80年代以就有許多各國的科學家對各種各樣的光纖傳感機理進行了大量的研究和開發。而在現代信息社會中，隨著相關科學技術的進步和完善，光纖傳感技術及其應用將有著越來越重要的地位。“中國2010年遠景規劃"[5]已將傳感器列為重點發展的產業之一，隨著我國加入世界貿易組織，傳感器的市場需求和發展空間的潛力是非常巨大的。

參考文獻：

[1]王慶友.《光電傳感器應用技術》[M]. 機械工業出版社，2007.

[2]吳偉龍. 光纖傳感器在YL-335B自動化生產線中的應用[J]. 科學技術創新，2020（30）：18-19.

[3]王錚. 芻議光纖傳感器在軍事上的應用與發展[J]. 通訊世界，2019，26（9）：35-36.

[4]巴朗旭. 光纖溫度傳感器的研究與應用[J]. 數字通信世界，2019，（7）：205.

[5]馬天兵， 杜菲. 光纖傳感器的應用和發展[J]. 煤礦機械， 2004（8）.

河南工學院 河南 新鄉 453003