光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用

光纖傳感器的應(yīng)用范圍很廣，幾乎涉及國民經(jīng)濟(jì)和上所有重要和人們的日常生活，尤其可以   地在惡劣環(huán)境中使用，解決了許多行業(yè)來一直存在的技術(shù)難題，具有很大的市場需求。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
　　(1)建筑工程。在建筑工程中，可以利用光纖傳感器實時監(jiān)測橋梁、大壩、重要建筑物等的溫度、應(yīng)力、壓力、振動、傾角等物理量，以評估其短期及長期的結(jié)構(gòu)   性能。例如橋梁、大壩、油田等的干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器可預(yù)埋在混凝土、碳纖維增強(qiáng)塑料及各種復(fù)合材料中，用于測試應(yīng)力松弛、施工應(yīng)力和動荷載應(yīng)力，從而評估橋梁短期施工階段和長期營運狀態(tài)的結(jié)構(gòu)性能。目前，光纖傳感技術(shù)主要為“點式”。對大型工程來說，點式光纖傳感技術(shù)感應(yīng)分布分散，若問題部位不分布在布有傳感器的點上，則不敏感甚至不感應(yīng)，極易造成疏漏。南京大學(xué)工程管理學(xué)院張旭蘋教授提出的“基于布里淵效應(yīng)的連續(xù)分布式光纖傳感技術(shù)”添補(bǔ)了這項技術(shù)在國內(nèi)的空白。連續(xù)分布式光纖傳感器可以將任何一項大型建筑工程與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，通過溫度和應(yīng)力的檢測，24小時監(jiān)測工程的“健康狀況”。例如在溫度檢測方面的應(yīng)用。常用的溫度檢測方法很多，如熱敏電阻式、熱電偶式等，它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù)(電阻值、電勢等)的變化原理實現(xiàn)溫度的檢測。若在微波能應(yīng)用、電力機(jī)械設(shè)備等高溫、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境中實現(xiàn)溫度檢測，傳統(tǒng)的溫度檢測方法不再適用，而光纖溫度傳感器解決了這一困難，且溫度檢測分辨率高、、測溫范圍寬。線型光纖溫度傳感系統(tǒng)是一種用于實時測量空間溫度場分布的傳感系統(tǒng)，可對光纖所敷設(shè)部位的溫度分布進(jìn)行不間斷的監(jiān)測，遇異常的溫度變化則鎖定事故部位并立即報警，特別適用于要在大范圍內(nèi)進(jìn)行多點溫度測量的場合。應(yīng)用這種新型的在線監(jiān)測傳感技術(shù)構(gòu)建的新型感溫探測系統(tǒng)，提高了消防自動報警的性、靈敏度、準(zhǔn)確度。
　　(2)電力系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中，需要測定溫度、電流等參數(shù)，如對高壓變壓器和大型電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)的溫度檢測等，由于電類傳感器易受強(qiáng)電磁場的干擾，無法在這些場合中使用，只能用光纖傳感器。例如電廠的電流電壓光纖傳感器；用布拉格光柵傳感器網(wǎng)絡(luò)對發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫度、振動監(jiān)測；用復(fù)合光纖對高壓體進(jìn)行分布式拉曼溫度“熱點”探測及Brillouin壓力監(jiān)測。
　　光纖傳感器以其特有的抗電磁干擾能力在電力系統(tǒng)中可用于測量電流、電壓、溫度等參數(shù)?；诠鈺r域反射OTDR(OptiealTime-domainReflectometry)的布里淵分布式光纖傳感器通過測量背向瑞利散射光沿光纖的衰減分布，對光纜衰減特性和斷點的測量性能良好，但是由于瑞利散射光基本不受溫度和應(yīng)力等外界條件的影響，所以這種測量方式不能用于檢測環(huán)境溫度和應(yīng)力對光纖性能的影響，其應(yīng)用受到了   的限制?；诓祭餃Y光時域反射(BOTDR，BrillouinOpticalTime-domainReflectometry)的分布式光纖傳感系統(tǒng)與在光纖測量中廣泛應(yīng)用的OTDR相似。BOTDR光纖傳感系統(tǒng)測量的是光纖的自發(fā)布里淵散射信號，其信號強(qiáng)度非常微弱，但可以采用相干檢測技術(shù)提高系統(tǒng)信噪比。這種方案可單光源、單端工作，系統(tǒng)簡單，實現(xiàn)方便，而且可同時監(jiān)測光纖斷點、損耗、溫度和應(yīng)變。目前己經(jīng)報道了測量距離30km以上、溫度分辨率4℃、空間分辨率20m的溫度和應(yīng)變同時測量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)在只測量溫度時，測量距離可達(dá)150km。
　　(3)石油化工系統(tǒng)。在石油化工系統(tǒng)、礦井、大型電廠等，需要檢測氧氣、碳?xì)浠衔铩O等氣體，采用電類傳感器不但達(dá)不到要求的精度，   嚴(yán)重的是會引起   事故。因此，研究和的光纖氣敏傳感器，可以   地實現(xiàn)上述檢測。光纖傳感器可以克服惡劣的井下環(huán)境取代傳統(tǒng)的電子傳感器，實現(xiàn)油井的持氣率、含水率、壓力、溫度、多相流和聲波的測量。目前在石油測井系統(tǒng)中主要應(yīng)用的是非本征光纖F-P腔傳感器。非本征光纖F-P腔傳感器主要是基于光的多光束干涉原理，利用溫度、壓力變化與光纖F-P腔之間的對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)溫度和壓力的測量。
　　(4)環(huán)境監(jiān)測、食品   。在環(huán)境監(jiān)測、臨床醫(yī)學(xué)檢測、食品   檢測等方面，由于其環(huán)境復(fù)雜，影響因素多，使用其他傳感器達(dá)不到所需要的精度，并且易受外界因素的干擾，采用光纖傳感器可以具有的抗干擾能力和較高的精度，可實現(xiàn)對上述各的生物量的、方便、準(zhǔn)確地檢測。目前，我國水源的污染情況嚴(yán)重，臨床檢測、食品   檢測手段比較落后，光纖傳感器在這些具有良好的市場前景。
　　石油污染己經(jīng)成為我國水域環(huán)境的主要問題之一，為了掌握石油污染的動態(tài)變化趨勢，需實時在線測量水中石油濃度。燕京大學(xué)的王書濤、崔彥彥等從熒光測量的基本原理出發(fā)，研究了水中礦物油熒光檢測機(jī)理、用熒光法和全光纖傳感技術(shù)實現(xiàn)石油濃度測量的可行性，建立了水中油濃度的測算模型，確定了其熒光檢測的   佳激發(fā)波長和熒光波長范圍，根據(jù)的熒光特性設(shè)計了熒光激發(fā)、吸收和傳輸?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)。該方法可廣泛應(yīng)用于水中油檢測方面。
　　(5)醫(yī)學(xué)及生物傳感器。醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用光纖輻射劑量計、呼吸系統(tǒng)氣流傳感系統(tǒng)；圓錐形微型FOS測量氧氣濃度及其他生物參數(shù)；用FOS探測氫氧化物及其他化學(xué)污染物；光纖表面細(xì)胞質(zhì)?；蚪M共振生物傳感器；生物適應(yīng)FOS系統(tǒng)應(yīng)用于海水監(jiān)測、生化技術(shù)和醫(yī)藥。在臨床醫(yī)學(xué)上，由于光纖傳感器柔軟、小巧、自由度大、絕緣、不受射頻和微波干擾、測量，常用于對人體血管等的探測，人體外科校正和超聲波場測量等。光纖內(nèi)窺鏡使得檢查人體的各個部位幾乎都是可行的，且操作中不會引起病人的痛苦與不適，其中光纖血管鏡己應(yīng)用于人類的心導(dǎo)管檢查中。光纖內(nèi)窺鏡不僅用于診斷，目前也正進(jìn)入中，例如息肉切除手術(shù)等。光纖溫度傳感器在癌癥方面的研究和應(yīng)用正日益興起。目前在臨床醫(yī)學(xué)中應(yīng)用   多的仍然是分布式光纖傳感器。
　　(6)軍事安防。光纖傳感器可用于水聲探潛(光纖水聽器)、光纖鍘導(dǎo)、姿態(tài)控制(光纖陀螺)、航天航空器的結(jié)構(gòu)損傷探測(智能蒙皮)以及戰(zhàn)場環(huán)境的探測等方面。在航空航天中，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈用光纖陀螺測量導(dǎo)彈運動過程中的俯仰角、偏航角和橫滾角，以引導(dǎo)導(dǎo)彈準(zhǔn)確命中目標(biāo)。      先采用光纖陀螺   制導(dǎo)炸彈，在伊拉克等戰(zhàn)場上己取得了較好的效果。光纖陀螺還應(yīng)用于雷達(dá)無人控制直升機(jī)的姿態(tài)控制。目前能廣泛應(yīng)用于海防的光纖傳感器是   早、發(fā)展   快的光纖水聲傳感器(光纖水聽器)，由光纖水聽器構(gòu)成的海防傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是目前正在的新型防衛(wèi)系統(tǒng)，該系統(tǒng)己開始用于海上邊防和重要軍事地區(qū)的海防警戒。近幾年發(fā)展起來的基于光纖傳感技術(shù)的光纖網(wǎng)絡(luò)   警戒系統(tǒng)也開始在邊防及區(qū)域防衛(wèi)中推廣應(yīng)用。目前，世界上發(fā)達(dá)   使用的   防衛(wèi)系統(tǒng)就是基于分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的   防衛(wèi)技術(shù)。