光纖傳感器的應(yīng)用及發(fā)展.doc

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1、光纖傳感器的應(yīng)用及發(fā)展作者：李曉云學(xué)號(hào)：1050730029專業(yè)：10應(yīng)用物理學(xué)摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了光纖傳感器的特點(diǎn)，綜述了光纖傳感器的發(fā)展以及近期國(guó)際上光纖傳感器的研究和應(yīng)用情況，最后描述了其前景和發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵字：光纖傳感器，光纖，參量的變化，信號(hào)檢測(cè)，測(cè)量，光纖陀螺儀，發(fā)展前景引?言光纖傳感器的歷史可追溯到上世紀(jì)70年代。那時(shí)，人們開(kāi)始意識(shí)到光纖不僅具有傳光特性，且其本身就可以構(gòu)成一種新的直接交換信息的基礎(chǔ)，無(wú)需任何中間級(jí)就能把待測(cè)的量與光纖內(nèi)的導(dǎo)光聯(lián)系起來(lái)。1977年,美國(guó)海軍研究所開(kāi)始執(zhí)行由查爾斯?M?戴維斯博士主持的Foss(光纖傳感器系統(tǒng))計(jì)劃，這被認(rèn)為是光纖傳感器問(wèn)

2、世的日子。從這以后,光纖傳感器在世界的許多實(shí)驗(yàn)室里出現(xiàn)。由于其具有常規(guī)傳感器所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)和廣闊的發(fā)展前景，很多國(guó)家不遺余力地加大對(duì)光纖傳感器的研究力度，涌現(xiàn)出許多成果。但它仍存在諸如價(jià)格昂貴、技術(shù)不夠成熟等瓶頸，這使得它在工程上的應(yīng)用較少。隨著新方法、新工藝不斷被引入，大量低價(jià)位高性能光纖傳感器問(wèn)世，而光纖與其他學(xué)科理論相結(jié)合不僅使光纖傳感器在信號(hào)檢測(cè)精度、傳輸減損、信號(hào)處理方面有了很大的提高，而且其應(yīng)用領(lǐng)域也越加廣闊。本文簡(jiǎn)要地介紹了光纖傳感器的特點(diǎn)，并對(duì)光纖傳感器近期的發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)要地概述。1.光纖傳感器的特點(diǎn)光纖傳感器由光源、傳輸光纖、傳感元件或調(diào)制區(qū)、光檢測(cè)等部分組成

3、。眾所周知，描述光波特征的參量很多(如光強(qiáng)、波長(zhǎng)、振幅、相位、偏振態(tài)和模式分布等)，這些參量在光纖傳輸中都可能會(huì)受外界影響而發(fā)生改變。如當(dāng)溫度、壓力、加速度、電壓、電流、位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、彎曲、應(yīng)變以及化學(xué)量和生物化學(xué)量等對(duì)光路產(chǎn)生影響時(shí)，均會(huì)使這些參量發(fā)生相應(yīng)變化，光纖傳感器就是根據(jù)這些參量隨外界因素的變化關(guān)系來(lái)檢測(cè)各相應(yīng)物理量的大小。圖1是光纖傳感器的結(jié)構(gòu)框圖：與傳統(tǒng)的傳感器相比，光纖傳感器具有抗電磁干擾、靈敏度高、耐腐蝕、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大及測(cè)量對(duì)象廣泛等特點(diǎn)，而且在一定條件下可任意彎曲，可根據(jù)實(shí)際需要做成各種形狀。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、耗能小等等，正由于它的這些優(yōu)點(diǎn)，

4、其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，市場(chǎng)前景也比較廣。2.國(guó)內(nèi)外光纖傳感器的發(fā)展情況美國(guó)是最早研制光纖傳感器并投資最大的國(guó)家，并且取得了很大的成就。從1977開(kāi)始由美國(guó)海軍研究所主持的光纖傳感器系統(tǒng)共有5個(gè)公司參加，主要研究方向是水聲器、磁強(qiáng)計(jì)和其它水下檢測(cè)有關(guān)設(shè)備。1980年開(kāi)始研究，1984年進(jìn)行飛行實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)代數(shù)字光纖控制系統(tǒng)（ADOSS），采用光纖譯碼的光纖傳感器系統(tǒng)代替直升飛機(jī)駕駛員的控制，最終將實(shí)現(xiàn)用光纖液壓傳動(dòng)系統(tǒng)代替電源。另外，光纖陀螺（FOG）計(jì)劃、核輻射監(jiān)控（NRM）計(jì)劃、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控（AEM）計(jì)劃、民用研究計(jì)劃（CRP）使光纖傳感器技術(shù)迅猛發(fā)展，在軍事、民用、電力、監(jiān)控、橋梁

5、、醫(yī)學(xué)生物檢測(cè)等方面得到廣泛應(yīng)用。3.光纖傳感器的應(yīng)用光纖傳感器的應(yīng)用非常廣泛，幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有重要領(lǐng)域和人們的日常生活。在現(xiàn)代信息社會(huì)中，傳感器技術(shù)迅猛發(fā)展，其中光纖傳感器以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用非常廣泛，包括工業(yè)、軍事、醫(yī)療、通訊、過(guò)程控制以及惡劣環(huán)境下物理量的測(cè)量，如光纖傳感器在石油領(lǐng)域中的應(yīng)用、在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用、在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用、在土木工程中的應(yīng)用、在環(huán)境監(jiān)控中的應(yīng)用、在飛機(jī)上的應(yīng)用、在電力系統(tǒng)上的應(yīng)用等等。“中國(guó)2010年遠(yuǎn)景規(guī)劃”已將傳感器列為重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一，隨著我國(guó)加入世界貿(mào)易組織，傳感器的市場(chǎng)需求和發(fā)展空間的潛力是非常大的。（1）光纖傳感器在石油領(lǐng)域中的應(yīng)用眾所周

6、知，在石油領(lǐng)域中需要測(cè)量的量很多，其中主要有地表輸油管道的流量測(cè)量以及地下油井流量的測(cè)量，流量是確定石油產(chǎn)業(yè)和傳輸特性極重要的參數(shù)?？墒凸I(yè)中被測(cè)量體成分和物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，流動(dòng)狀態(tài)多種多樣，再加上工作現(xiàn)場(chǎng)條件十分惡劣，很難進(jìn)行測(cè)量。光纖流量傳感器以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比其它流量傳感器有明顯優(yōu)勢(shì)，在石油工業(yè)中發(fā)揮極其重要的作用。（2）光纖傳感器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用①光纖聲納陣。聲納是現(xiàn)代反潛戰(zhàn)中的主要探測(cè)手段，利用光纖聲納陣可探測(cè)水下敵方的潛艇。目前，光纖聲納陣已處于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)階段，不久將來(lái)將成為現(xiàn)代反潛戰(zhàn)的重要探測(cè)、定位手段。②光纖陀螺儀。光纖陀螺儀可應(yīng)用在各種制導(dǎo)武器中，它在測(cè)量導(dǎo)彈的姿

7、態(tài)、實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)、控制和目標(biāo)跟蹤中占有極其重要地位，它對(duì)提高制導(dǎo)武器的制導(dǎo)精度起著極為重要的作用，甚至可以說(shuō)起著關(guān)鍵性和決定性作用。在上個(gè)世紀(jì)末，光纖陀螺儀已投入部隊(duì)使用。（3）光纖傳感器在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用醫(yī)用傳感器是醫(yī)學(xué)測(cè)量?jī)x器的第一環(huán)節(jié)，是醫(yī)學(xué)儀器與人體直接耦合關(guān)鍵的器件?？梢哉f(shuō)它在從定向醫(yī)學(xué)走向定量醫(yī)學(xué)發(fā)展過(guò)程中起到了重要作用，特別是光纖傳感器在觀察體內(nèi)器官、傳遞形態(tài)學(xué)檢查圖像中起到重要作用。目前，醫(yī)用光纖傳感器的研究與應(yīng)用正受到廣泛重視，種類也日趨繁多，功能和質(zhì)量也不