【導(dǎo)讀】傳感技術(shù)是當(dāng)今世界發(fā)展最為迅速的高新技術(shù)之一。新型傳感器不僅追求高精度、大量程、高可靠、低功耗和微型化，并且向著集成化、多功能、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，以滿足工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科研等各個(gè)領(lǐng)域的需求。光纖傳感技術(shù)是20世紀(jì)70年代隨著光纖技術(shù)和光通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的。它代表了新一代傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。光纖傳感器的產(chǎn)業(yè)已被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最具有發(fā)展前途的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，它以技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、滲透能力強(qiáng)、市場(chǎng)前景廣等特點(diǎn)為世人所矚目。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

光纖傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要包括對(duì)光纖材料的物理特性、?散射原理、?傳感器的基本結(jié)構(gòu)和應(yīng)用場(chǎng)景的深入研究，?以及根據(jù)具體需要和應(yīng)用場(chǎng)景選擇適合的傳感方式。??

光纖傳感器的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，?需要對(duì)光纖材料的物理特性、?散射原理、?傳感器的基本結(jié)構(gòu)和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行深入研究。?設(shè)計(jì)過程中，?常用的方法有兩種：?一種是采用基于輻射光的傳感方式，?另一種是采用基于波導(dǎo)光的傳感方式。?輻射光傳感方式通過將光束發(fā)射到物體表面，?測(cè)量反射光或散射光的強(qiáng)度變化來進(jìn)行測(cè)量，?具有成本低、?靈敏度高、?響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)。?波導(dǎo)光傳感方式則是通過將光束通過光纖傳輸?shù)侥骋稽c(diǎn)，?測(cè)量返回光的強(qiáng)度變化來進(jìn)行測(cè)量，?具有傳輸距離遠(yuǎn)、?免受電磁場(chǎng)影響等優(yōu)勢(shì)。?根據(jù)具體的需要和應(yīng)用場(chǎng)景，?可以選擇適合的傳感方式來實(shí)現(xiàn)光纖傳感器的設(shè)計(jì)。?

此外，?光纖傳感器的應(yīng)用研究顯示，?其應(yīng)用非常廣泛，?常用于測(cè)量溫度、?應(yīng)變、?流速、?壓力等物理量。?光纖傳感器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用不僅提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性，?而且降低了成本，?減少了人力投入，?具有非常廣闊的應(yīng)用前景。?

光纖傳感器的分類

(1)光纖陀螺

光纖陀螺按原理可分為干涉型、諧振型和布里淵型，是三代光纖陀螺的代表。21世紀(jì)初，第一代干涉光纖陀螺技術(shù)成熟，適合批量生產(chǎn)和商業(yè)化。第二代諧振光纖陀螺還處于實(shí)驗(yàn)室研究向?qū)嵱没l(fā)展的階段。第三代布里淵型仍處于理論研究階段。

根據(jù)采用的光學(xué)元件，光纖陀螺結(jié)構(gòu)有三種實(shí)現(xiàn)方法：小分立元件系統(tǒng)、全光纖系統(tǒng)和集成光學(xué)元件系統(tǒng)。21世紀(jì)初，分離光學(xué)元件技術(shù)基本退出。全光纖系統(tǒng)用于低精度、低成本的開環(huán)光纖陀螺。由于工藝簡(jiǎn)單，整體重復(fù)性好，成本低，集成光學(xué)器件陀螺在高精度光纖陀螺中非常流行，是其主要實(shí)現(xiàn)方法。

(2)光纖光柵傳感器

光纖布拉格光柵傳感器是國(guó)內(nèi)外光纖傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。傳統(tǒng)光纖傳感器基本可分為光強(qiáng)型和干涉型兩種類型。光強(qiáng)傳感器的缺點(diǎn)是光源不穩(wěn)定，光纖損耗和探測(cè)器容易老化。干涉?zhèn)鞲衅饕髢煞N干涉光的光強(qiáng)相同，因此需要固定參考點(diǎn)，使應(yīng)用不方便。21世紀(jì)初開發(fā)的以光纖布拉格光柵為主的光纖光柵傳感器可以避免上述兩種情況，其傳感信號(hào)為波長(zhǎng)調(diào)制，復(fù)用能力強(qiáng)。光纖光柵傳感器是建筑健康檢測(cè)、沖擊檢測(cè)、形狀控制和振動(dòng)阻尼檢測(cè)中最理想的靈敏元件。光纖光柵傳感器廣泛應(yīng)用于地球動(dòng)力學(xué)、航天器、電力工業(yè)和化學(xué)傳感器。

(3)光纖電流傳感器

隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，電力傳輸系統(tǒng)的容量不斷增加，運(yùn)行電壓等級(jí)越來越高，電流越來越大，很難測(cè)量，這顯示了光纖電流傳感器的優(yōu)點(diǎn)。在電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的用于測(cè)量電流的傳感器是基于電磁感應(yīng)的，存在以下缺點(diǎn)：易爆炸甚至災(zāi)難性事故;大故障電流會(huì)引起鐵芯磁飽和;鐵芯共振效應(yīng);頻率響應(yīng)慢;測(cè)量精度低;信號(hào)易受干擾;體積重量大、價(jià)格昂貴等，難以滿足新一代數(shù)字電網(wǎng)的發(fā)展需求。此時(shí)，光纖電流傳感器應(yīng)運(yùn)而生，應(yīng)用廣泛。

(4)光纖水聽器

光纖水聽器主要用于測(cè)量水下聲信號(hào)，通過高靈敏度光纖相干檢測(cè)將水聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并通過光纖傳輸?shù)叫盘?hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別。與傳統(tǒng)水聽器相比，光纖水聽器具有靈敏度高、響應(yīng)帶寬寬、無電磁干擾等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于軍事、石油勘探、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

光纖水聽器按原理可分為干涉型、強(qiáng)度型、光柵型等。干涉光纖水聽器的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟，在一些領(lǐng)域形成了產(chǎn)品。光纖光柵水聽器是目前研究的熱點(diǎn)。關(guān)鍵技術(shù)包括光源、光纖設(shè)備、探頭技術(shù)、抗偏振衰落技術(shù)、抗相位衰落技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)和工程技術(shù)。

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