光纖傳感技術及其軍事應用

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1、光纖傳感技術及其軍事應用王丹陽（電子工程學院20123949）摘要：文章簡述了光纖傳感技術和光纖傳感器在軍事上的重要應用狀況，以光纖陀螺為例進行了詳細說明，最后簡述了光纖傳感技術在軍事上的發(fā)展趨勢。關鍵詞：光纖傳感技術光纖傳感器光纖傳感網(wǎng)絡光纖陀螺1.引言隨著傳統(tǒng)通信技術的發(fā)展和成熟，光通信技術正朝著超高速、人容量通信的方向發(fā)展。而光纖傳感技術正是伴隨著光纖技術和光纖通信技術的發(fā)展而發(fā)展起來的一種傳感技術早在20世紀60年代屮期就出現(xiàn)了第一個關于光纖傳感器專利以來，至今幾十年，傳感技術成為一項令當今世人矚目的迅猛發(fā)展的高

2、新技術z—,也是當代科學技術發(fā)展的一個重要標志，它與通信技術和計算機技術構成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。2.光纖傳感技術研發(fā)進展2.1光纖傳感技術隨著光纖傳感技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的通信用光纖及光纖器件已經(jīng)無法滿足傳感技術日益發(fā)展的需要，在一定程度上制約了光纖傳感技術發(fā)展速度因而，世界各國將傳感用光纖列為光纖技術領威屮的重耍研究課題之一。目前,主要通過5種途徑研發(fā)傳感光纖：①對石英光纖進行某些特殊處理，使之獲得傳感器所需要的特性，這是早期光纖傳感器所需要的光纖。②改變光纖結構，獲得兩種工作類型的傳感光纖，一種是保偏光纖，另一種是偏振光

3、纖。③改變光纖的摻雜材料，可以制成具有新特性的傳感光纖，即在石英光纖種利用摻雜稀土金屈離子，可制造出多種傳感光纖。④液芯光纖，是一種具冇新型結構的光纖，它是用于傳輸紫外光波段光線的液芯光纖，現(xiàn)已開始用于研制測量溫度、屯壓和折射率等參量的光纖傳感器。⑤光子晶體光纖（PCF）。2.2光纖傳感器光纖傳感器是利用光纖優(yōu)良的傳輸性能和奇特的傳感功能來感測各種物理量和機械量，由于其具有靈皺度高、固有安全性、抗電磁干擾性強、高絕緣性、質(zhì)輕柔軟和集傳感與傳輸于一體，以及能與數(shù)字通信系統(tǒng)兼容、防爆性好、光路可撓曲、易于與計算機連接、便于遙

4、測、結構簡單、體積小、重量輕、耗電少等諸多優(yōu)點，在軍事領域有著極其廣泛的應用前景。2.3光纖傳感器技術2.3.1光纖陀螺儀（或稱光纖轉(zhuǎn)動傳感器）于1976年，美國Utah大學的Vali和R.W.Shorithi成功地制作了第一個光纖陀螺（FOG）,它標志著第二代光學陀螺一光纖陀螺的誕生（第一代光學陀螺為激光陀螺）。30多年來獲得了很大的研究進展，大部分技術問題基木上得到解決，其靈敏度提高了4個數(shù)量級，其角速度測量精度從最初的15°/h提高到了現(xiàn)在的0.001°/h的量級。下一步要解決的技術問題是在如何構成低成木、小尺寸，

5、而且其性能接近理論極限的光纖陀螺儀。光纖陀螺[1]（0FG）是隨著光纖技術迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型光纖旋轉(zhuǎn)傳感器。由于它的相位調(diào)制傳感方式貝有極高靈敏度以及精巧和高機械強度的實用性,將成為航天、航空、航海等諸多領域中最具冇發(fā)展前景的慣性部件。它是由N匝光纖線圈構成的光纖陀螺簡單-原理結構。激光器發(fā)射的光由分光器（或合光器）分為二束光，分別被耦合到光纖線圈的兩端，并沿相反的方向傳送，最后再由同一分光器（作合光器用）組合在一起送到光電檢測器。當系統(tǒng)不旋轉(zhuǎn)時，二束光將產(chǎn)生相消或相長的干涉（取決于分光器類型）。當光纖線圈以角速度

6、3順時針旋轉(zhuǎn)（或逆時針旋轉(zhuǎn)，其結論是相同的）時，曲二光束到達檢測器吋的相差就可確定角速度3?？谇埃瑢饫w陀螺儀研究了三種不同技術,即小型化分立光學元件光纖陀螺儀，全光纖陀螺儀和集成化全光纖陀螺儀。2.3.2光纖水聲傳感器目前，對光纖水聲傳感器的研究主要集中在4種類型，微型光纖水聲傳感器,強度型光纖水聲傳感器，干涉型光纖水聲傳感器和光柵型光纖水聲傳感器。這4種光纖水聲傳感器屮各有其優(yōu)缺點，從發(fā)展趨勢來看，其屮光柵型光纖水聲傳感器有更大的發(fā)展?jié)摿Α?.3.3分布式光纖傳感器分布式光纖傳感器是利用光波在光纖中的傳輸特性，可沿光

7、纖長度方向上連續(xù)地傳感被測量，如溫度、壓力、應力、應變等，此時光纖既是傳感介質(zhì)，又是傳輸介質(zhì)，傳感光纖長度從1T米到幾百T米。2.3.4智能復合材料中的光纖傳感器美國正在為未來的彈道導彈使用的智能復合材料開展研究工作，其中一項重耍研究項目是如何將光纖傳感器植入智能復合材料屮，經(jīng)研究證明，設計和制作標準化，模塊化的光纖傳感層是解決智能復合材料中使用的傳感器的有效途徑Z一，目前冇兩種比較好的集成制作方法，i種是用聚酰亞胺薄膜與光纖傳感器陣列的集成，另一種方式是采用聚合物光纖材料如含氟聚酰亞胺，按集成光學的方法制作傳感層將光路

8、和敏感元件集成在一起，從而實現(xiàn)傳感系統(tǒng)高度模塊化和集成化。2.4光纖傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)技術近兒年來，隨著光纖傳感器技術和光纖網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，促使了將多個光纖傳感器構成的光纖傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)的發(fā)展，以滿足軍用和民用對多點、多參量和大空間范圍的傳感網(wǎng)絡的需求。2.4.1網(wǎng)絡的連接技術多傳感器構成光傳感網(wǎng)絡的首要問題是如何解決將