目前國內(nèi)市場上,應(yīng)用最為廣泛的光纖傳感技術(shù)當(dāng)屬布拉格光纖光柵和基于光時(shí)域反射的分布式傳感器,這種技術(shù)基本上可以滿足中低端市場的需求。而現(xiàn)在光譜線寬窄至2kHz的單頻光纖激光器及其引申出來的最新一代光傳感技術(shù),這與傳統(tǒng)的光纖傳感有很大的區(qū)別,它可以進(jìn)行超遠(yuǎn)距離的傳輸,精度和敏感度能達(dá)到更高的要求,這在高端市場上需求很大,目前該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)尚處于立項(xiàng)和預(yù)研階段。國內(nèi)市場上光纖傳感器應(yīng)用主要在以下四種:光纖陀螺、光纖光柵傳感器、光纖電流傳感器和光纖水聽器。下面對這四種產(chǎn)品分別介紹一下。
一、光纖陀螺。 光纖陀螺按原理可分為干涉型、諧振型和布里淵型,這是三代光纖陀螺的代表。第一代干涉型光纖陀螺,目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟,適合進(jìn)行批量生產(chǎn)和商品化;第二代諧振型光纖陀螺,暫時(shí)還處于實(shí)驗(yàn)室研究向?qū)嵱没七M(jìn)的發(fā)展階段;第三代布里淵型,它還處于理論研究階段。光纖陀螺結(jié)構(gòu)根據(jù)所采用的光學(xué)元件有三種實(shí)現(xiàn)方法:小型分立元件系統(tǒng)、全光纖系統(tǒng)和集成光學(xué)元件系統(tǒng)。目前分立光學(xué)元件技術(shù)已經(jīng)基本退出,全光纖系統(tǒng)用在開環(huán)低精度、低成本的光纖陀螺中,集成光學(xué)器件陀螺由于其工藝簡單、總體重復(fù)性好、成本低,所以在高精度光纖陀螺很受歡迎,是其主要實(shí)現(xiàn)方法。
二、光纖光柵傳感器。 目前國內(nèi)外傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一光纖布拉格光柵傳感器。傳統(tǒng)光纖傳感器基本上可分為兩種類型:光強(qiáng)型和干涉型。光強(qiáng)型傳感器的缺點(diǎn)在于光源不穩(wěn)定,而且光纖損耗和探測器容易老化;干涉型傳感器由于要求兩路干涉光的光強(qiáng)同等,所以 需要固定參考點(diǎn)而導(dǎo)致應(yīng)用不方便。目前開發(fā)的以光纖布拉格光柵為主的光纖光柵傳感器可以避免出現(xiàn)上面兩種情況,其傳感信號(hào)為波長調(diào)制、復(fù)用能力強(qiáng)。在建筑健康檢測、沖擊檢測、形狀控制和振動(dòng)阻尼檢測等應(yīng)用中,光纖光柵傳感器是最理想的靈敏元件。光纖光柵傳感器在地球動(dòng)力學(xué)、航天器、電力工業(yè)和化學(xué)傳感中有廣泛的應(yīng)用。
三、光纖電流傳感器。電力工業(yè)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)電力傳輸系統(tǒng)容量不斷增加,運(yùn)行電壓等級(jí)也越來越高,電流也越來越大,這樣測量起來就非常困難,這就顯現(xiàn)出光纖電流傳感器的優(yōu)點(diǎn)了。在電力系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的用來測量電流的傳感器是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ),這就存在以下缺點(diǎn):它容易爆炸以至引起災(zāi)難性事故;大故障電流會(huì)造成鐵芯磁飽和;鐵芯發(fā)生共振效應(yīng);頻率響應(yīng)慢;測量精度低;信號(hào)易受干擾;體積重量大、價(jià)格昂貴等等,已經(jīng)很難滿足新一代數(shù)字電力網(wǎng)的發(fā)展需要。這個(gè)時(shí)候光纖電流傳感器應(yīng)運(yùn)而生。
四、光纖水聽器。 光纖水聽器主要用來測量水下聲信號(hào),它通過高靈敏度的光纖相干檢測,將水聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào),并通過光纖傳至信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別。與傳統(tǒng)水聽器相比,光纖水聽器具有靈敏度高、響應(yīng)帶寬寬、不受電磁干擾等特點(diǎn),廣泛用于軍事和石油勘探、環(huán)境檢測等領(lǐng)域,具有很大的發(fā)展?jié)摿?。光纖水聽器按原理可分為干涉型、強(qiáng)度型、光柵型等。干涉型光纖水聽器關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成熟,在部分領(lǐng)域形成產(chǎn)品;光纖光柵水聽器則是當(dāng)前研究的熱點(diǎn),研究的關(guān)鍵技術(shù)涉及光源、光纖器件、探頭技術(shù)、抗偏振衰落技術(shù)、抗相位衰落技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)以及工程技術(shù)等。
光纖傳感器技術(shù)是建立在光纖、光通信和光電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,電磁干擾和腐蝕作用對它的影響很小,還能適應(yīng)各種惡劣的氣象環(huán)境,不要額外的電源進(jìn)行供電,就可以長距離的進(jìn)行傳輸,已成為傳感器行業(yè)的研究熱點(diǎn)。
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