摘要：光纖傳感技術(shù)經(jīng)過(guò)五十多年的學(xué)術(shù)研究與技術(shù)發(fā)展,近幾年來(lái)出現(xiàn)了加速發(fā)展的趨勢(shì)。這是因?yàn)橐环矫?光纖傳感技術(shù)憑借其抗干擾能力強(qiáng)、體型小、敏感度高、傳送距離遠(yuǎn)、本質(zhì)安全等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用并得到了良好的反饋;另一方面,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，為光纖傳感技術(shù)的推廣應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。
關(guān)鍵詞：光纖光學(xué)；傳感技術(shù)；應(yīng)用
一、引言
1970年，世界上第一根真正意義上的光纖問(wèn)以來(lái)，光纖的發(fā)展便進(jìn)入了飛速的階段。光纖最初作為光波信息傳輸?shù)拿浇?，具有低損耗、高速度、抗干擾和低成本等優(yōu)勢(shì)。隨著光纖在各行業(yè)的發(fā)展應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)光在光纖內(nèi)傳播時(shí)，其光強(qiáng)、相位、波長(zhǎng)、偏振態(tài)和頻率等特征參數(shù)會(huì)受外界環(huán)境的影響。據(jù)此，人們意識(shí)到光纖除了作為傳播媒介外，其在傳感領(lǐng)域也擁有巨大的前景。
經(jīng)過(guò)多年的研究，現(xiàn)如今已經(jīng)開(kāi)發(fā)出適用于不同環(huán)境的各類(lèi)光纖傳感器，憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其在科研和工業(yè)界都有著重要的地位，包括航空航天、石油化工、醫(yī)療、電力傳輸?shù)阮I(lǐng)域?，F(xiàn)常見(jiàn)的光纖傳感器包括溫度、應(yīng)變、壓力、加速度、振動(dòng)等。
二、光纖傳感器概述
2.1基本原理
光纖傳感器主要由光源、傳輸光纖、光電探測(cè)器和信號(hào)處理部分等組成。其基本原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入傳感頭（調(diào)制器），使待測(cè)量參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位和偏振態(tài)等）發(fā)生變化，成為被調(diào)制的信號(hào)光，再經(jīng)過(guò)光纖送入光電探測(cè)器，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，后經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后還原出被測(cè)物理量。光纖傳感器一般可分為功能型（傳感型）傳感器和非功能型（傳光型）傳感器兩大類(lèi)。
圖1-1 光纖傳感器原理
2.2優(yōu)勢(shì)
相比起傳統(tǒng)式的電子傳感技術(shù)，光纖傳感技術(shù)具有許多的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：
（1）靈敏度高
由于光是一種波長(zhǎng)極短的電磁波，通過(guò)光的相位便得到其光學(xué)長(zhǎng)度。以光纖干涉儀為例，由于所使用的光纖直徑很小，文庫(kù)受到微小的機(jī)械外力的作用或溫度變化時(shí)其光學(xué)長(zhǎng)度要發(fā)生變化?。
（2）抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本質(zhì)安全
由于光纖傳感器是利用光波傳輸信息，而光纖又是電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒質(zhì)，并且安全可靠，這使它可以方便有效地用于各種大型機(jī)電、石油化工、礦井等強(qiáng)電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。
（3）測(cè)量速度快
光的傳播速度最快且能傳送二維信息，因此可用于高速測(cè)量。對(duì)雷達(dá)等信號(hào)的分析要求具有極高的檢測(cè)速率，應(yīng)用電子學(xué)的方法難以實(shí)現(xiàn)，利用光的衍射現(xiàn)象的高速頻譜分析便可解決。
（4）信息容量大
被測(cè)信號(hào)以光波為載體，而光的頻率很高，所容納的頻帶很寬，同一根光纖可以傳翰多路信號(hào)。
（5）適用于惡劣環(huán)境
光纖是一種電介質(zhì)，耐高壓、耐腐蝕、抗電磁干擾，可用于其它傳感器所不適應(yīng)的惡劣環(huán)境中。
三、光纖傳感器的應(yīng)用
近年來(lái)，光纖除應(yīng)用于通信領(lǐng)域外，還被作為傳感器用于測(cè)量應(yīng)力和溫度等物理量。光纖傳感技術(shù)在國(guó)家安全、重大工程、生物醫(yī)藥前沿和科學(xué)研究等多個(gè)領(lǐng)域都具有重大的社會(huì)需求和應(yīng)用前景。
3.1國(guó)家安全監(jiān)控
（1）能源儲(chǔ)備安全監(jiān)測(cè)
能源作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備物資，保證其開(kāi)采和儲(chǔ)備設(shè)施的安全可靠極其重要。使用光纖傳感技術(shù)，可以對(duì)能源開(kāi)采設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)施和儲(chǔ)存設(shè)施情況進(jìn)行監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)了解其各個(gè)部位的溫度、振動(dòng)、所受應(yīng)力。相比于過(guò)去的人工使用設(shè)備進(jìn)行沿線檢測(cè)，這種方式極大的提高了安全檢測(cè)的可靠程度和效率。
（2）地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)
我國(guó)是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)國(guó)家之一，地質(zhì)災(zāi)害種類(lèi)多、范圍廣、頻次高，因此，如何準(zhǔn)確且及時(shí)的對(duì)各種地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)是十分有必要的。采用分布式光纖傳感技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、高精度的溫度和應(yīng)變實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而對(duì)地震、火災(zāi)、潰堤等災(zāi)害實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
3.2重大工程安全監(jiān)測(cè)
（1）橋梁安全監(jiān)測(cè)
隨著路橋事業(yè)的發(fā)展，新建橋梁工程數(shù)量不斷增加，現(xiàn)階段我國(guó)越來(lái)越多橋梁工程因年久失修而出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于橋梁檢測(cè)中，能及時(shí)了解橋梁工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、使用性能等，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)檢、改擴(kuò)建等都有很大幫助。
圖2-1 橋梁安全監(jiān)測(cè)
（2）隧道安全監(jiān)測(cè)
隧道屬于高危工程，隧道施工和使用中最易出現(xiàn)的安全事故包括火災(zāi)、塌方、積水等。使用分布式光纖傳感技術(shù)，可以對(duì)隧道內(nèi)各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)質(zhì)量、實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的質(zhì)檢、修繕以及危險(xiǎn)預(yù)警方面都有幫助。
圖2-2 隧道安全監(jiān)測(cè)
除此之外，光纖傳感技術(shù)在生物化學(xué)檢測(cè)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、航空高精度壓力參量檢測(cè)等都有廣泛的應(yīng)用前景。光纖傳感正逐漸的走進(jìn)我們生活的方方面面。
四、小結(jié)
光纖傳感技術(shù)具有布線簡(jiǎn)單、靈敏度高、不受電磁干擾等特點(diǎn)，并且可以適用于多個(gè)領(lǐng)域的多種場(chǎng)景中。目前光纖傳感技術(shù)得到了許多學(xué)者的探索和研究，但仍然存在一些問(wèn)題有待解決。首先，光纖傳感器在對(duì)一些較為復(fù)雜的目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，對(duì)其空間分辨率有極高的要求，如何在保持?jǐn)?shù)據(jù)精確度的情況下提高分辨率，是需要我們攻克的。其次，相對(duì)于傳統(tǒng)的電子傳感器，光纖傳感器的鋪設(shè)成本過(guò)高，且制作技術(shù)不成熟，如何開(kāi)發(fā)出更為成熟、更低成本的光纖傳感器也是需要解決的問(wèn)題。
總而言之，光纖傳感技術(shù)的特性決定了它在各個(gè)行業(yè)中都有廣闊的應(yīng)用前景，現(xiàn)階段技術(shù)并未發(fā)展完善，在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中還需要對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步地優(yōu)化和提升， 以此來(lái)進(jìn)一步推動(dòng)整體地發(fā)展和進(jìn)步。
