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1、光纖傳感器的應用及發(fā)展作者：李曉云學號：1050730029專業(yè)：10應用物理學摘要：本文簡要介紹了光纖傳感器的特點，綜述了光纖傳感器的發(fā)展以及近期國際上光纖傳感器的研究和應用情況，最后描述了其前景和發(fā)展趨勢。關鍵字：光纖傳感器，光纖，參量的變化，信號檢測，測量，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70年代。那時，人們開始意識到光纖不僅具有傳光特性，且其本身就可以構成一種新的直接交換信息的基礎，無需任何中間級就能把待測的量與光纖內(nèi)的導光聯(lián)系起來。1977年,美國海軍研究所開始執(zhí)行由查爾斯?M?戴維斯博士主持
2、的Foss(光纖傳感器系統(tǒng))計劃，這被認為是光纖傳感器問世的日子。從這以后,光纖傳感器在世界的許多實驗室里出現(xiàn)。由于其具有常規(guī)傳感器所無法比擬的優(yōu)點和廣闊的發(fā)展前景，很多國家不遺余力地加大對光纖傳感器的研究力度，涌現(xiàn)出許多成果。但它仍存在諸如價格昂貴、技術不夠成熟等瓶頸，這使得它在工程上的應用較少。隨著新方法、新工藝不斷被引入，大量低價位高性能光纖傳感器問世，而光纖與其他學科理論相結合不僅使光纖傳感器在信號檢測精度、傳輸減損、信號處理方面有了很大的提高，而且其應用領域也越加廣闊。本文簡要地介紹了光纖傳感器的特點，并對光纖傳感器
3、近期的發(fā)展動態(tài)進行簡要地概述。1.光纖傳感器的特點光纖傳感器由光源、傳輸光纖、傳感元件或調(diào)制區(qū)、光檢測等部分組成。眾所周知，描述光波特征的參量很多(如光強、波長、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受外界影響而發(fā)生改變。如當溫度、壓力、加速度、電壓、電流、位移、振動、轉動、彎曲、應變以及化學量和生物化學量等對光路產(chǎn)生影響時，均會使這些參量發(fā)生相應變化，光纖傳感器就是根據(jù)這些參量隨外界因素的變化關系來檢測各相應物理量的大小。圖1是光纖傳感器的結構框圖：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
4、高、耐腐蝕、頻帶寬、動態(tài)范圍大及測量對象廣泛等特點，而且在一定條件下可任意彎曲，可根據(jù)實際需要做成各種形狀。其結構簡單、體積小、質(zhì)量輕、耗能小等等，正由于它的這些優(yōu)點，其應用領域非常廣闊，市場前景也比較廣。2.國內(nèi)外光纖傳感器的發(fā)展情況美國是最早研制光纖傳感器并投資最大的國家，并且取得了很大的成就。從1977開始由美國海軍研究所主持的光纖傳感器系統(tǒng)共有5個公司參加，主要研究方向是水聲器、磁強計和其它水下檢測有關設備。1980年開始研究，1984年進行飛行實驗的現(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
5、直升飛機駕駛員的控制，最終將實現(xiàn)用光纖液壓傳動系統(tǒng)代替電源。另外，光纖陀螺（FOG）計劃、核輻射監(jiān)控（NRM）計劃、飛機發(fā)動機監(jiān)控（AEM）計劃、民用研究計劃（CRP）使光纖傳感器技術迅猛發(fā)展，在軍事、民用、電力、監(jiān)控、橋梁、醫(yī)學生物檢測等方面得到廣泛應用。3.光纖傳感器的應用光纖傳感器的應用非常廣泛，幾乎涉及國民經(jīng)濟的所有重要領域和人們的日常生活。在現(xiàn)代信息社會中，傳感器技術迅猛發(fā)展，其中光纖傳感器以其獨特的優(yōu)點應用非常廣泛，包括工業(yè)、軍事、醫(yī)療、通訊、過程控制以及惡劣環(huán)境下物理量的測量，如光纖傳感器在石油領域中的應用、在軍
6、事領域的應用、在醫(yī)學中的應用、在土木工程中的應用、在環(huán)境監(jiān)控中的應用、在飛機上的應用、在電力系統(tǒng)上的應用等等?！爸袊?010年遠景規(guī)劃”已將傳感器列為重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一，隨著我國加入世界貿(mào)易組織，傳感器的市場需求和發(fā)展空間的潛力是非常大的。（1）光纖傳感器在石油領域中的應用眾所周知，在石油領域中需要測量的量很多，其中主要有地表輸油管道的流量測量以及地下油井流量的測量，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)中被測量體成分和物質(zhì)化學性質(zhì)復雜，流動狀態(tài)多種多樣，再加上工作現(xiàn)場條件十分惡劣，很難進行測量。光纖流量傳感器以
7、其獨特的優(yōu)點，比其它流量傳感器有明顯優(yōu)勢，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域的應用①光纖聲納陣。聲納是現(xiàn)代反潛戰(zhàn)中的主要探測手段，利用光纖聲納陣可探測水下敵方的潛艇。目前，光纖聲納陣已處于現(xiàn)場實驗階段，不久將來將成為現(xiàn)代反潛戰(zhàn)的重要探測、定位手段。②光纖陀螺儀。光纖陀螺儀可應用在各種制導武器中，它在測量導彈的姿態(tài)、實現(xiàn)制導、控制和目標跟蹤中占有極其重要地位，它對提高制導武器的制導精度起著極為重要的作用，甚至可以說起著關鍵性和決定性作用。在上個世紀末，光纖陀螺儀已投入部隊使用。（3）光纖傳感器在醫(yī)學中的應
8、用醫(yī)用傳感器是醫(yī)學測量儀器的第一環(huán)節(jié)，是醫(yī)學儀器與人體直接耦合關鍵的器件?？梢哉f它在從定向醫(yī)學走向定量醫(yī)學發(fā)展過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用正受到廣泛重視，種類也日趨繁多，功能和質(zhì)量也不
