光纖傳感器的應用及發展光纖傳感器的應用及發展作者：李曉云學號：1050730029專業：10應用物理學摘要：本文簡要介紹了光纖傳感器的特點，綜述了光纖傳感器的發展以及近期國際上光纖傳感器的研究和應用情況，最后描述了其前景和發展趨勢。關鍵字：光纖傳感器，光纖，參量的變化，信號檢測，測量，光纖陀螺儀，發展前景引

言光纖傳感器的歷史可追溯到上世紀70年代。那時，人們開始意識到光纖不僅具有傳光特性，且其本身就可以構成一種新的直接交換信息的基礎，無需任何中間級就能把待測的量與光纖內的導光聯系起來。1977年,美國海軍研究所開始執行由查爾斯?M?戴維斯博士主持的Foss(光纖傳感器系統)計劃，這被認為是光纖傳感器問世的日子。從這以后,光纖傳感器在世界的許多實驗室里出現。由于其具有常規傳感器所無法比擬的優點和廣闊的發展前景，很多國家不遺余力地加大對光纖傳感器的研究力度，涌現出許多成果。但它仍存在諸如價格昂貴、技術不夠成熟等瓶頸，這使得它在工程上的應用較少。隨著新方法、新工藝不斷被引入，大量低價位高性能光纖傳感器問世，而光纖與其他學科理論相結合不僅使光纖傳感器在信號檢測精度、傳輸減損、信號處理方面有了很大的提高，而且其應用領域也越加廣闊。本文簡要地介紹了光纖傳感器的特點，并對光纖傳感器近期的發展動態進行簡要地概述。1.光纖傳感器的特點光纖傳感器由光源、傳輸光纖、傳感元件或調制區、光檢測等部分組成。眾所周知，描述光波特征的參量很多(如光強、波長、振幅、相位、偏振態和模式分布等)，這些參量在光纖傳輸中都可能會受外界影響而發生改變。如當溫度、壓力、加速度、電壓、電流、位移、振動、轉動、彎曲、應變以及化學量和生物化學量等對光路產生影響時，均會使這些參量發生相應變化，光纖傳感器就是根據這些參量隨外界因素的變化關系來檢測各相應物理量的大小。圖1是光纖傳感器的結構框圖：類也日趨繁多，功能和質量也不斷完善，從而越來越顯示出光纖傳感技術在醫學應用的廣泛前景。（4）光纖傳感器在土木工程中的應用土木工程結構的設計壽命較長，但是受負載的作用、疲勞效應以及材料老化和腐蝕等不利因素的影響，整體結構會產生損傷積累和抗力衰減，致使其實際使用壽命縮短，甚至可能造成塌方等災難事件。于是,人們希望土木結構有一定的感知失事或示警的智能功能，能“感知”內部狀態變化并做出必要的預警或進行自我修復。光纖傳感器集信息傳輸和傳感于一體，易與網絡連接，再加上耐高溫，抗腐蝕，是充當土木工程結構的“神經元”的理想元件。其應用特點是在土木工程結構中(或在其表面)埋入(或粘貼)光纖傳感器，通過分析光的傳輸特性，如光強、相位和波長等，就可獲得光纖周圍材料的應力、壓強、電磁場、密度、溫度等量的變化，從而實現對土木工程結構的在線動態監測與控制。光纖傳感器在土木工程中的應用主要體現在：①監控結構的應用與變形；②對結構開裂進行檢測；③對大體積混凝土測溫；④組成傳感器網絡，遙控監測結構性能；⑤結構安全預示報警。我國已將光纖傳感材料用于三峽大壩和部分橋梁的健康檢測和安全評定等，美國、日本、加拿大、英國等國家的大學、研究機構也投入了大量精力研究光纖傳感器。（5）光纖傳感器在化學和生物學中的應用

當前，在國外研究得比較多的化學和生物光纖傳感器主要有光吸收型傳感器，熒光型傳感器和衰減波形光纖傳感器三種。光吸收型傳感器的工作原理是根據測定被測物對特定波長的光產生吸收以及吸收的強度來確定被測物的種類和濃度大小。在海洋中，海水里所含的葉綠素和藻膽蛋白、黃色物質、石油污染物、微量重金屬都有自己的特征吸收光譜，所以它們都能用這種光纖傳感器進行測量。而且其結構簡單、小型、而且牢固，能夠直接在海洋現場進行測量，測量精度高。熒光型化學和生物傳感器是通過測量物質的特征熒光光譜來鑒別被測物質的種類和濃度。對熒光的檢測有兩種方式：測量熒光淬滅或熒光增強；測量熒光壽命或測量熒光能量轉換。衰減波形化學和生物光纖傳感器的測量機理是根據光纖的導播原理研制而成。具體做法是把處于測量場的光纖的一小段光纖外層包皮去掉，在這段裸露的光纖上涂抹一層折射率小于纖芯折射率的物質作為敏感層。在測量被測物時，敏感層對測量物產生吸附，結果導致光纖的波導結構發生變化，利用被測物與波導結構變化的相關性達到檢測的目的。這種傳感器目前可用來測量石油污染物和水的pH值等。4.光纖傳感器的研究近況和發展趨勢光纖傳感器不斷在各個領域得到應用的同時，光纖傳感器自身也在不斷完善和產品翻新。人們根據光纖的不同特點開發出各種類型的產品，如：以波長調制為特點的光纖光柵傳感器；利用光學原理測量電流的光纖電流傳感器；對各種氣體的成分、濃度等參數進行檢測和控制的光纖氣敏傳感器；集傳統傳感器和光纖傳感器優點于一身的混合型光纖傳感器；為擴展光纖傳感器在高電壓系統的在線監測中的應用范圍，實現“無源”化而推出的微功耗太陽能光纖傳感器；能通過降低溫度干擾而獲得高壓力響應的液晶光纖傳感器等等。光纖傳感器作為一種優勢明顯的新型傳感器不但在高、精、