光纖傳感技術的應用

光纖傳感器的應用范圍很廣，幾乎涉及國民經濟和上所有重要和人們的日常生活，尤其可以   地在惡劣環境中使用，解決了許多行業來一直存在的技術難題，具有很大的市場需求。主要表現在以下幾個方面。
　　(1)建筑工程。在建筑工程中，可以利用光纖傳感器實時監測橋梁、大壩、重要建筑物等的溫度、應力、壓力、振動、傾角等物理量，以評估其短期及長期的結構   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埋在混凝土、碳纖維增強塑料及各種復合材料中，用于測試應力松弛、施工應力和動荷載應力，從而評估橋梁短期施工階段和長期營運狀態的結構性能。目前，光纖傳感技術主要為“點式”。對大型工程來說，點式光纖傳感技術感應分布分散，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，極易造成疏漏。南京大學工程管理學院張旭蘋教授提出的“基于布里淵效應的連續分布式光纖傳感技術”添補了這項技術在國內的空白。連續分布式光纖傳感器可以將任何一項大型建筑工程與互聯網連接起來，通過溫度和應力的檢測，24小時監測工程的“健康狀況”。例如在溫度檢測方面的應用。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(電阻值、電勢等)的變化原理實現溫度的檢測。若在微波能應用、電力機械設備等高溫、強腐蝕、強電磁干擾等惡劣環境中實現溫度檢測，傳統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是一種用于實時測量空間溫度場分布的傳感系統，可對光纖所敷設部位的溫度分布進行不間斷的監測，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進行多點溫度測量的場合。應用這種新型的在線監測傳感技術構建的新型感溫探測系統，提高了消防自動報警的性、靈敏度、準確度。
　　(2)電力系統。在電力系統中，需要測定溫度、電流等參數，如對高壓變壓器和大型電機的定子、轉子內的溫度檢測等，由于電類傳感器易受強電磁場的干擾，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絡對發電機、轉換器進行溫度、振動監測；用復合光纖對高壓體進行分布式拉曼溫度“熱點”探測及Brillouin壓力監測。
　　光纖傳感器以其特有的抗電磁干擾能力在電力系統中可用于測量電流、電壓、溫度等參數。基于光時域反射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力等外界條件的影響，所以這種測量方式不能用于檢測環境溫度和應力對光纖性能的影響，其應用受到了   的限制。基于布里淵光時域反射(BOTDR，BrillouinOpticalTime-domainReflectometry)的分布式光纖傳感系統與在光纖測量中廣泛應用的OTDR相似。BOTDR光纖傳感系統測量的是光纖的自發布里淵散射信號，其信號強度非常微弱，但可以采用相干檢測技術提高系統信噪比。這種方案可單光源、單端工作，系統簡單，實現方便，而且可同時監測光纖斷點、損耗、溫度和應變。目前己經報道了測量距離30km以上、溫度分辨率4℃、空間分辨率20m的溫度和應變同時測量的系統，該系統在只測量溫度時，測量距離可達150km。
　　(3)石油化工系統。在石油化工系統、礦井、大型電廠等，需要檢測氧氣、碳氫化合物、CO等氣體，采用電類傳感器不但達不到要求的精度，   嚴重的是會引起   事故。因此，研究和的光纖氣敏傳感器，可以   地實現上述檢測。光纖傳感器可以克服惡劣的井下環境取代傳統的電子傳感器，實現油井的持氣率、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中主要應用的是非本征光纖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腔之間的對應關系，實現溫度和壓力的測量。
　　(4)環境監測、食品   。在環境監測、臨床醫學檢測、食品   檢測等方面，由于其環境復雜，影響因素多，使用其他傳感器達不到所需要的精度，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，可實現對上述各的生物量的、方便、準確地檢測。目前，我國水源的污染情況嚴重，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。
　　石油污染己經成為我國水域環境的主要問題之一，為了掌握石油污染的動態變化趨勢，需實時在線測量水中石油濃度。燕京大學的王書濤、崔彥彥等從熒光測量的基本原理出發，研究了水中礦物油熒光檢測機理、用熒光法和全光纖傳感技術實現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   佳激發波長和熒光波長范圍，根據的熒光特性設計了熒光激發、吸收和傳輸的光學系統。該方法可廣泛應用于水中油檢測方面。
　　(5)醫學及生物傳感器。醫學臨床應用光纖輻射劑量計、呼吸系統氣流傳感系統；圓錐形微型FOS測量氧氣濃度及其他生物參數；用FOS探測氫氧化物及其他化學污染物；光纖表面細胞質粒基因組共振生物傳感器；生物適應FOS系統應用于海水監測、生化技術和醫藥。在臨床醫學上，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用于人類的心導管檢查中。光纖內窺鏡不僅用于診斷，目前也正進入中，例如息肉切除手術等。光纖溫度傳感器在癌癥方面的研究和應用正日益興起。目前在臨床醫學中應用   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、姿態控制(光纖陀螺)、航天航空器的結構損傷探測(智能蒙皮)以及戰場環境的探測等方面。在航空航天中，戰術導彈用光纖陀螺測量導彈運動過程中的俯仰角、偏航角和橫滾角，以引導導彈準確命中目標。      先采用光纖陀螺   制導炸彈，在伊拉克等戰場上己取得了較好的效果。光纖陀螺還應用于雷達無人控制直升機的姿態控制。目前能廣泛應用于海防的光纖傳感器是   早、發展   快的光纖水聲傳感器(光纖水聽器)，由光纖水聽器構成的海防傳感網絡系統，是目前正在的新型防衛系統，該系統己開始用于海上邊防和重要軍事地區的海防警戒。近幾年發展起來的基于光纖傳感技術的光纖網絡   警戒系統也開始在邊防及區域防衛中推廣應用。目前，世界上發達   使用的   防衛系統就是基于分布式光纖傳感網絡系統的   防衛技術。