光纖傳感技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一門新技術(shù)。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理了光纖傳感技術(shù)論文，有興趣的親可以來閱讀一下!

　　光纖傳感技術(shù)論文篇一

　　新一代光纖智能傳感網(wǎng)技術(shù)進(jìn)展

　　摘 要：新一代光纖智能傳感網(wǎng)是一項涵蓋領(lǐng)域較為廣泛的綜合性技術(shù)，主要包括微結(jié)構(gòu)光纖傳感、基于非線性光學(xué)散射的光纖傳感、基于光纖擾動的光纖傳感、傳感網(wǎng)的優(yōu)化及應(yīng)用技術(shù)四個方面。燕山大學(xué)、天津大學(xué)研制了不同類型的光子晶體光纖傳感器，可用于生物化學(xué)方面檢測。中國計量學(xué)院、南京大學(xué)開展了基于非線性光學(xué)散射的光纖系統(tǒng)研究，并在實際工程中得到應(yīng)用。復(fù)旦大學(xué)、天津大學(xué)、上海理工大學(xué)針對光纖擾動的理論、算法等方面進(jìn)行了研究。天津大學(xué)開展了光纖傳感網(wǎng)優(yōu)化及應(yīng)用的研究，并在實際中得到應(yīng)用。該文簡要介紹了上述科研機構(gòu)在光纖智能傳感網(wǎng)技術(shù)方面取得的進(jìn)展，為廣大科研工作者進(jìn)行相關(guān)研究提供參考。

　　關(guān)鍵詞：光纖傳感 光纖傳感網(wǎng) 微結(jié)構(gòu) 非線性光學(xué) 光纖擾動

　　中圖分類號：TN523 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X(2014)10(b)-0047-02

　　光纖傳感技術(shù)因其具有抗電磁干擾、電絕緣、體積小、易成陣列等優(yōu)點，自從問世就受到極大重視[1]。光纖傳感技術(shù)在實際應(yīng)用中，往往是將各種傳感器組成光纖傳感網(wǎng)，對多種信號進(jìn)行測量。但是目前傳感器受結(jié)構(gòu)、工藝束縛，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，光纖傳感網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用范圍受到限制。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)Ω呔?、多指?biāo)檢測方面需求越來越迫切，這就對光纖傳感檢測系統(tǒng)提出了更高要求。因此，國家將新一代光纖智能傳感網(wǎng)與關(guān)鍵器件基礎(chǔ)研究列為國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)，對關(guān)鍵性原理、器件的研究進(jìn)行重點支持。

　　新一代光纖智能傳感網(wǎng)是一種具有3S(Smart structure 靈巧結(jié)構(gòu)，Smart components 靈巧器件，Smart skill 靈巧技術(shù))功能的系統(tǒng)，具有超長距離傳感能力，并且能夠智能的實現(xiàn)自尋徑、自診斷、自愈等功能。該傳感網(wǎng)的研究主要涉及四個關(guān)鍵性科學(xué)問題：研究微結(jié)構(gòu)中物質(zhì)與光波耦合作用的機理;研究基于非線性光學(xué)散射效應(yīng)融合的光纖傳感技術(shù);研究基于光纖擾動理論的光纖傳感技術(shù);研究光纖智能傳感網(wǎng)的優(yōu)化技術(shù)及其應(yīng)用理論。

　　1 微結(jié)構(gòu)光纖傳感研究

　　隨著光纖傳感技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展、應(yīng)用場合空間限制等因素，對光纖傳感器的尺寸及結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，因此需要開展基于新型敏感元件、新原理的光纖傳感研究。目前主要的研究方向為新型光子晶體光纖傳感和基于光微流體理論的光纖傳感。

　　1.1 新型光子晶體光纖傳感

　　光子晶體光纖(PCF)是一種基于光子晶體特性的新型光纖，主要特點是包層區(qū)有許多平行于光纖軸的微孔。目前大部分光纖傳感器的敏感元件為普通的光纖，因此存在保偏性差、耦合損耗大等問題，而采用光子晶體光纖的傳感器不僅能夠克服上述缺點，還具有調(diào)諧范圍寬、模場面積大、可以多參數(shù)測量等優(yōu)點。據(jù)報道，目前利用光子晶體光纖傳感器對三聚氰胺的最低檢測濃度可以達(dá)到0.25 g/L，砒啶的最低檢測濃度達(dá)到0.004975%，為公共安全及食品安全領(lǐng)域提供了一個新的檢測方法。

　　燕山大學(xué)是國內(nèi)最早開展相關(guān)研究的單位之一，在光子晶體光纖的制備與應(yīng)用方面經(jīng)驗豐富。燕山大學(xué)的畢衛(wèi)紅、李建萍等[2]研制了一種雙周期光子晶體光纖光柵傳感器，該傳感器可對折射率及溫度進(jìn)行檢測。天津大學(xué)在光子晶體光纖領(lǐng)域也開展了相關(guān)研究[3-4]，研制了靈敏度為2400 nm/RIU的光子晶體光纖傳感器、最高分辨率為4×10-6 RIU的液芯PCF-SPR溫度傳感器和具有可調(diào)諧溫度跳變點的溫敏光開關(guān)。

　　1.2 基于光微流體理論的光纖傳感

　　基于光微流體理論的光纖傳感技術(shù)是近些年發(fā)展起來的新興技術(shù)，通過檢測折射率實現(xiàn)對生物、化學(xué)參量的無標(biāo)記檢測，可以檢測蛋白質(zhì)、DNA、病毒等，在醫(yī)學(xué)、食品檢測、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。天津大學(xué)對以微毛細(xì)管為基礎(chǔ)的生物傳感進(jìn)行了深入研究。通過在毛細(xì)管中添加特殊介質(zhì)，并采用在內(nèi)壁涂覆高折射率基質(zhì)層的方法，可以高靈敏度的進(jìn)行傳感檢測。

　　近年來氣體光纖傳感越來越受到重視，天津大學(xué)的劉琨、劉鐵根等[2]基于L波段EDFA構(gòu)建了光纖內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)，同時串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)具和光柵為系統(tǒng)提供波長參考，可以對CO2、CO等氣體進(jìn)行濃度檢測。針對國家在航空航天方面的重大需求，天津大學(xué)研制了基于F-P干涉原理的大氣壓力解調(diào)系統(tǒng)，光纖F-P傳感器[4]采用了MEMS微加工、鍵合封裝等技術(shù)，解調(diào)算法方面，提出了任意極值算法、單色頻域法。該系統(tǒng)有望應(yīng)用于新型戰(zhàn)機如J20、J15等，替代基于空速管的大氣壓力系統(tǒng)，從而達(dá)到抗電磁干擾、增強機體隱身性的要求。

　　2 基于非線性光學(xué)散射效應(yīng)融合光纖傳感研究

　　光纖的非線性效應(yīng)主要是指拉曼散射效應(yīng)和布里淵散射效應(yīng)。光纖拉曼溫度傳感器可以應(yīng)用于大型土木建筑、隧道、提壩、電力工程等領(lǐng)域。中國計量學(xué)院光電子研究所是國內(nèi)最早開展相關(guān)研究的單位之一。該單位研究的相關(guān)系統(tǒng)[5]已經(jīng)成功應(yīng)用在許多領(lǐng)域，如在日照港卸煤設(shè)備上安裝的光纖溫度傳感網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)監(jiān)測到大型運煤翻車機電機過熱并進(jìn)行報警，成功避免了火災(zāi)，挽回經(jīng)濟(jì)損失1200余萬元;部分高鐵路段的隧道也應(yīng)用了相關(guān)溫度傳感系統(tǒng)，對隧道內(nèi)溫度實時監(jiān)測，預(yù)防火警，保障高鐵列車的安全運行。

　　基于布里淵散射的光纖傳感技術(shù)起步比較晚，但是由于其具有可測量多個物理量(溫度、應(yīng)變等)、傳感距離長、易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點，近年來備受關(guān)注。南京大學(xué)的胡君輝、張旭蘋等[6]研究了一種長距自診斷方法，可以在72 km傳感長度實現(xiàn)損壞自診斷?；诓祭餃Y散射的光纖傳感系統(tǒng)在工程實際中也被大量應(yīng)用，例如南京市鼓樓隧道應(yīng)變分布式光纖監(jiān)測項目、云南嵩待公路白泥井3號隧道分布式光纖應(yīng)變監(jiān)測項目[8]。

　　3 基于光纖擾動的光纖傳感

　　擾動(振動)是一種典型的動態(tài)變量，在軍事、建筑、交通等各個領(lǐng)域都是一項重要參數(shù)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及國際競爭的加劇，信息安全建設(shè)的重要性日益凸顯。尤其是2013年6月以來，因此保密場所周界環(huán)境安全監(jiān)控、通信線路的安全監(jiān)控等方面的安全防范措施變得非常重要，光纖擾動技術(shù)則可以滿足這些需求。 　　光纖擾動及定位傳感網(wǎng)采用的是光纖干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)，整根光纖都作為傳感器，一旦有外界異常現(xiàn)象(壓力、拉伸、振動等)，將會引起光纖中傳輸光的干涉強度變化，通過檢測這些變化可以實現(xiàn)擾動定位。復(fù)旦大學(xué)、天津大學(xué)、上海理工大學(xué)等高校的科研人員針對光纖擾動系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究。在部分軍事通信光纜、機場、部隊駐扎地等場所已經(jīng)應(yīng)用了分布式光纖擾動系統(tǒng)。上海市公安系統(tǒng)也率先應(yīng)用全光纖偵聽設(shè)備進(jìn)行刑事偵查。

　　4 光纖智能傳感網(wǎng)的優(yōu)化及其應(yīng)用理論研究

　　隨著光纖傳感技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，對光纖傳感技術(shù)提出了新的要求：不但需要針對單一指標(biāo)組網(wǎng)進(jìn)行實時準(zhǔn)確監(jiān)測、測量，還需要獲得被測對象的全面信息，以便提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性，并能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)自身的自檢自愈。

　　天津大學(xué)的張紅霞、王舒等提出了一種針對光纖傳感網(wǎng)魯棒性的評價方法。丁振揚、姚曉天等采用去斜濾波器補償主干涉拍頻信號中的非線性相位或相位噪聲的方法，使得基于OFDR 技術(shù)的光纖傳感網(wǎng)空間分辨率提高了近100倍。

　　目前，多種光纖傳感技術(shù)融合的傳感網(wǎng)已經(jīng)在實際中得到了應(yīng)用。天津大學(xué)針對航天領(lǐng)域大規(guī)模高精度傳感器密集排布以及獨立空間組網(wǎng)的重大需求，采用光柵光纖溫度測量系統(tǒng)、F-P壓力測量系統(tǒng)以及聲振動測量系統(tǒng)組網(wǎng)，初步完成適應(yīng)熱真空環(huán)境的多參量(溫度、壓力、振動)、多點位、高精度、高密度光纖異構(gòu)智能傳感網(wǎng)的組建。

　　5 結(jié)論

　　新一代智能光纖傳感網(wǎng)是未來光纖傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢，在國防軍事、航空航天、土木工程等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。眾多科研機構(gòu)均開展了不同器件、基于不同原理的光纖傳感技術(shù)研究，并取得了一定的應(yīng)用成果，但是在基于微結(jié)構(gòu)的傳感器設(shè)計、相關(guān)解調(diào)算法、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面還有提升的余地。在國家973計劃等重大科研項目推動下，光纖傳感網(wǎng)技術(shù)將會更加成熟，在各個領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更大的作用，為提升我國在傳感及光電子領(lǐng)域中的自主創(chuàng)新能力、增強我國信息產(chǎn)業(yè)的國際競爭力、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的快速可持續(xù)發(fā)展做出更多更大的貢獻(xiàn)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] Guo X，Bi W，Wang L，et al. Simultaneous measurement of refractive index and temperature using dual-period grapefruit microstructured fiber grating[J]. Optik-International Journal for Light and Electron Optics，2013， 124(18)：3371-3374.

　　[2] Hao C，Lu Y，F(xiàn)u X，et al.Surface plasmon resonance sensor based on grapefruit fiber filled with silver nanowires[C]//OFS2012 22nd International Conference on Optical Fiber Sensor. International Society for Optics and Photonics，2012：84217C-84217C-4.

　　[3] Wang R，Yao J，Miao Y，et al. A Reflective Photonic Crystal Fiber Temperature Sensor Probe Based on Infiltration with Liquid Mixtures[J].Sensors，2013， 13(6)：7916-7925.

　　[4] 劉琨，劉鐵根，江俊峰，等.基于波長調(diào)制技術(shù)的內(nèi)腔式氣體傳感研究[J].中國激光，2010，38(1)：105008.

　　[5] Yin J，Liu T，Jiang J，et al.Wavelength-division-multiplexing method of polarized low-coherence interferometry for fiber Fabry?Perot interferometric sensors[J].Optics letters，2013，38(19)：3751-3753.

　　[6] 王劍鋒，宏巖，馬建東，等.光開關(guān)在分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].光電子.激光，2010， 21(9)：1291-1293.

　　[7] Wang Jianfeng，Hong Yan， Ma Jiandong，et al.Application research of optical switch in distributed optical fiber temperature sensor system[J]. Journal of Optoelectronics?Laser， 2010，21(9)：1291-1293.

　　[8] Hu J，Zhang X，Yao Y，et al.A BOTDA with break interrogation function over 72 km sensing length[J].Optics express，2013， 21(1)：145-153.

　　[9] 張丹，施斌，徐洪鐘.基于BOTDR的隧道應(yīng)變監(jiān)測研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報， 2005，12(4)：422-426.

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