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光纤传感技术发展与产业化

导读: 电子科技大学 刘永智 摘要:本文就光纤传感技术近年的发展作一简要介绍,并就其产业化问题作一探讨。 关键词:光纤,光纤传感器,产业化 前言

电子科技大学       刘永智    

摘要:本文就光纤传感技术近年的发展作一简要介绍,并就其产业化问题作一探讨。
关键词:光纤,光纤传感器,产业化

前言
    
近年,随着光纤技术与相关光电子元器件的发展,光纤传感技术正逐步成为继光纤通信产业发展之后又一大光纤应用技术产业。光纤传感作为传感技术中一个重要分支正不断为工业、农业、交通、能源、医疗卫生、科学技术以及军事技术的信息化提供愈来愈多的服务,并愈来愈为人们所认识与接受。就技术内涵而言,光纤传感技术实际上是一种被动通信技术,其技术构架包含了光纤通信所需要的所有主要组成,包括光的调制、发射、传输、组网、接收与解调等,所根本不同的是信息的调制,我们把光纤传感所采用的信息调制称为被动调制,即被传感的各种物理、化学、生物等信息量对光波的调制。由于传感技术不可能像通信技术一样在信息的组织与安排上作出预先的约定(协议),而且所传送的信息均为模拟信息,因而在信息的解调、量化乃至传输上都更复杂,对光电子元器件的要求更苛刻,这也就是为甚么与光纤通信同步发展的光纤传感技术发展迟缓的一个重要原因。但是今天,我们已听到了光纤传感技术产业化的脚步声,它离我们愈来愈近也愈来愈响亮。

一. 光纤传感技术的作用与地位

随着科学技术的发展,电子信息技术正成为带动工业现代化的排头兵,传感器作为信息获取的一个重要角色正得到愈来愈广泛的应用。光纤传感器作为传感器中一支新秀它具有灵敏度高、体积小、易于敷设、对被检测场无破坏与干扰、抗电磁干扰能力强、能够进行分布测量以及传感信息易于通过光纤传输与组网等特点正受到人们的广泛关注,并日益显示出它的特殊重要作用。特别是在一些大型工程如水利与水电工程、桥梁隧道、大型展览馆与会场、输油气管道、大型舰船、环境与公路工程等的安全和健康监测,以及地质灾害的预防中都开始大量采用了光纤应力(压力)与温度传感器。至于光纤传感器的经典之作如光纤陀螺、光纤水听器、光纤电流电压传感器等更是为人们所青睐,正在军事、地质勘探、电力等部门得到推广应用。在科学研究中,光纤传感器更是充分展示了它对系统无破坏干扰、便于安装、灵敏度高等特点,受到科学工作者的重视。

可以说,光纤传感技术是对已有的传感技术的发展与补充,它所具有的独特性能几乎不可代替,所产生的作用与影响愈来愈大、愈来愈广。重视光纤传感技术的发展正是对新技术发展的重视,其应用必将发挥愈来愈大的经济与社会效益。

二. 光纤传感技术发展历程

光纤传感技术的发展与光纤通信几乎是同时起步,从光纤问世与激光器得到应用的那一天起,人们就提出了光纤传感的构想,并开始进行研究,回顾光纤传感技术发展的历程,大致可以归结为以下三个阶段:

1. 技术原理论证阶段
这一阶段主要在20世纪70年代到80年代中期。此时人们在对光纤特性研究与了解的基础上提出了各种类型的光纤传感原理模型并不断从理论和实验上加以论证。可以说这一时期是光纤传感技术发展的百花齐放阶段,从最简单的利用光强调制原理进行位移与振动检测的传感器到利用各种光干涉原理的高精度传感器,研究的种类之多,发表的文章之广前所未有,各种报告与会议经常召开,这是一个研究十分活跃的时期。

2. 技术稳定成熟阶段
从20世纪80年代末起,随着光纤与光电子元器件性能的提高以及光纤传感技术研究的深入,光纤传感技术进入了逐渐稳定成熟阶段。这一阶段最明显的特点是一些结构简单的传感器如点式光纤温度传感器、液位计等逐步以产品的形式开始提供应用,而且具有高灵敏特点的一类光纤传感器如干涉式光纤传感器经过多年的努力其性能与稳定性也得到很大提高,并开始转入应用阶段,如最具应用前景的光纤陀螺就是这一时期的典型代表。

3. 应用推广与新技术发展阶段
近十年来,一些性能高、技术成熟的光纤传感器如光纤陀螺、光纤速度、光纤电压电流等传感器陆续进入市场并在包括军事应用在内的一些领域得到应用。与此同时,随着科学技术发展与应用的迫切需求,光纤传感器组网以及一些新技术原理的光纤传感器的研究与开发成为这段时间光纤传感技术发展的亮点,受到高度重视。如以布里渊散射原理发展的分布式光纤应力(压力)传感器、以拉曼散射为基础的分布式光纤温度传感器以及阵列式光纤水听器等的发展与应用都是这一时期的代表。光纤光栅的出现为光纤传感技术发展增添了新的活力。由光纤光栅阵列构成的光纤传感器在建筑、水利、石油、桥梁、地质工程等的应用中取得了显著成绩,并将取得愈来愈大的成绩。

三. 光纤传感器的产业化

光纤传感技术经历这许多年的发展,其原理与技术日趋成熟,所需各种光电子元器件基本能得到保证,更可贵的是它越来越为人们所认识,潜在市场很大,需求也愈来愈广。这些都为光纤传感器的产业化铺平了道路。一些远见足识的包括国内外的能人志士,先后组建了各种专门的生产工厂与公司向社会提供了不少产品,但是相对于其它电子信息产业来其发展的规模与势头都远远不够。特别需要指出的,就技术而言国内外差距不是太大,因此加速发展我国的光纤传感技术产业是一个大好时机。我们希望国内同行努力作好以下几件事:
1. 增强投资信心;
2. 加大推广力度;
3. 争取政府扶持政策;
4. 作好产、学、研联手工作;
5. 加强标准化工作。

我们相信,只要我们团结一致努力,我国的光纤传感器产业一定能够跻身世界前列。


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