文章编号:10044736(2004)02006304
光纤传感器的应用及发展
杨春曦,胡中功3,戴克中
(武汉化工学院电气信息工程学院,湖北武汉430073)
摘 要:简要介绍了光纤传感器的特点,综述了光纤传感器的发展以及近期国际上光纤传感器的研究和应用情况,最后描述了其前景和主要研究方向.
关键词:光纤传感器;应用;光纤布拉格光栅;温度测量中图分类号:TQ 174.75+9 文献标识码:A
收稿日期:20031013
作者简介:杨春曦(1976),男,贵州铜仁人,硕士研究生.3通讯联系人.
0 引 言
光纤传感器的历史可追溯到上世纪70年代,
那时,人们开始意识到光纤不仅具有传光特性,且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础,无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来.1977年,美国海军研究所(N RL )开始执行由查尔斯?M ?戴维斯(Charles M .D avis )博士主持的Fo ss (光纤传感器系统)计划[1],这被认为是光纤传感器问世的日子.从这以后,光纤传感器在世界的许多实验室里出现.由于其具有常规传感器所无法比拟的优点和广阔的发展前景,很多国家不遗余力地加大对光纤传感器的研究力度,也涌现出许多成果[2].但它仍存在诸如价格昂贵、技术不够成熟等瓶颈,这使得它在工程上的应用较少.最近涌现的很多成果无论是在价位上还是技术上都有了新的突破.随着新方法、新工艺不断被引入,大量低价位高性能光纤传感器面世,而光纤与其他学科理论相结合,不仅使光纤传感器在信号检测精度、传输减损、信号处理方面有了很大的提高,而且其应用领域也越加广阔.本文简要地介绍了光纤传感器的特点,并对光纤传感器近期的发展动态进行简要地概述.
1 光纤传感器的特点
光纤传感器由光源、传输光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成.众所周知,描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等),这些参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生改变.如当温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时,均会使这
些参量发生相应变化.光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小.一般光纤传感器按其作用不同可分为两种类型:传光型和敏感型.而按其检测方法不同主要又可分为两种类型:强度型和相位型.图1是光纤传感器的结构框图
.
图1 光纤传感器的结构框图
F ig .1 Structu ral diagram of fiber op tic sen so r
与传统的传感器相比,光纤传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、耐腐蚀、本质安全及测量对象广泛等特点,而且在一定条件下可任意弯曲,可根据被测对象的情况选择不同的检测方法,再加上它对被测介质影响小,非常有利于在医药卫生等具有复杂环境的领域中应用.
2 光纤传感器在研究和工程中的应
用近况
2.1 光纤传感器的工程应用
光纤的优点和具体学科理论相结合,产生一大批应用范围更广、性能更好、价格相对低廉的各具特色的光纤传感器,在传统领域和新兴领域都得到很好的应用.
2.1.1 光纤传感器在化学和生物学中的应用 当前,在国外研究得比较多的化学和生物光纤传感器主要有光吸收型传感器,荧光型传感器和衰减波形光纤传感器三种.
a .光吸收型传感器的工作原理是根据测定被测物对特定波长的光产生吸收以及吸收的强度来确
第26卷第2期 武 汉 化 工 学 院 学 报 V o l .26 N o.22004年6月 J. W uhan In st . Chem. T ech . Jun. 2004
定被测物的种类和浓度大小.在海洋中,海水里所含的叶绿素和藻胆蛋白、黄色物质、石油污染物、微量重金属(Pb,Cu,C r,Cd,Zn等)都有自己的特征吸收光谱,所以它们都能用这种光纤传感器进行测量.相对于大、笨、重的分立式块状光学元件构造的仪器,光纤传感器结构简单化,小型化,而且牢固,能够直接在海洋现场进行测量,测量精度高,能测量的最低质量浓度可小于1Λg L.
b.荧光型化学和生物传感器是通过测量物质的特征荧光光谱来鉴别被测物质的种类和浓度.对荧光的检测有两种方式:测量荧光淬灭或荧光增强;测量荧光寿命或测量荧光能量转换.用上面两种方式可进行pH值、氧分子、一氧化氮、葡萄糖等的测量.
c.衰减波形化学和生物光纤传感器的测量机理是根据光纤的导播原理研制而成.具体做法是把处于测量场的光纤的一小段光纤外层包皮去掉,在这段裸露的光纤上涂抹一层折射率小于纤
.在测量被测物时,敏感层对测量物产生吸附,结果导致光纤的波导结构发生变化,利用被测物与波导结构变化的相关性达到检测的目的.这种传感器的关键技术在于合理的选择对被测物敏感的涂抹物质和优化设计光纤传感头的波导结构.目前可用来测量石油污染物(灵敏度可达10-6数量级)和水的pH值等[3～5].
2.1.2 光纤传感器在土木工程中的应用 土木工程结构和重大基础设施的设计寿命较长,但是受负载的作用、疲劳效应以及材料老化和腐蚀等不利因素的影响,整体结构会产生损伤积累和抗力衰减,致使其实际使用寿命缩短,甚至可能造成塌方等灾难事件.于是,人们希望土木结构有一定的感知失事或示警的智能功能,能“感知”内部状态变化并做出必要的预警或进行自我修复.光纤传感器集信息传输和传感于一体,易与网络连接,再加上耐高温,抗腐蚀等优良特性,是充当土木工程结构的“神经元”的理想元件.其应用特点是在土木工程结构中(或在其表面)埋入(或粘贴)光纤传感器,通过分析光的传输特性,如光强、相位和波长等,就可获得光纤周围材料的应力、压强、电磁场、密度、温度、化学成分,?射线和Χ射线等量的变化,从而实现对土木工程结构的健康状态参数和安全可靠性进行实时、在线的动态监测与控制.应用实例有:1989年,Fuh r等人在美国89#州际公路桥上粘贴了光纤振动传感器用于检测桥的共振频率;1994年,在德国的Calgary市建成了第一座由预应力碳纤维复合材料和钢筋组成的桥,在碳纤维中加入光纤布拉格光栅应变传感器,以检测碳纤维预应力的损失情况等[6,7].
光纤传感器还在无损检测领域[8]、医药学[9]、控制领域、复合材料[10]、军事领域[11]和逆向工程[12,13]等其他方面有着初步的应用和广泛的应用前景.其新型产品也不断涌现,今年,日本东京大学工学系开发出了世界第一个用来检查核电站、高速公路、隧道等是否存在裂纹的光纤传感器,灵敏度是过去检测装置的千倍以上,价格也很便宜.
2.2 光纤传感器的研究近况和发展趋势
光纤传感器不断在各个领域得到应用的同时,光纤传感器自身也在不断完善和产品翻新.人们根据光纤的不同特点开发出各种类型的产品,如:以波长调制为特点的光纤光栅传感器;利用光学原理测量电流的光纤电流传感器;对各种气体的成分,浓度等参数进行检测和控制的光纤气敏传感器;集传统传感器和光纤传感器优点于一身的过渡型传感器混合型光纤传感器;为扩展光纤传感器在高电压系统的在线监测中的应用范围,实现“无源”化而推出的微功耗太阳能光纤传感器;能通过降低温度干扰而获得高压力响应的液晶光纤传感器[14,15]等.
2.2.1 温度光纤传感器 测温度是传统传感器应用较多的领域,在这个领域里,有众多基于不同原理制成的各式传感器,如热电偶,热电阻等.人们根据器件的费用,性能参数,尺寸大小以及可靠性选择不同传感器以满足不同的使用场合.在某些特殊场合,比如在有明显电磁干扰下测量液体温度时,传统传感器就无能为力了.一种基于光纤的新型传感器应运而生,它不仅价格低廉,而且具有精度高,重复率好,抗干扰(特别是电磁干扰)能力强的优点.具体做法是在测量探头里把光纤的一小部分包层去掉,代之以适当的“参考”液(它的折射率与温度的关系已知).然后把探头浸入待测液体里,通过对检测到的光纤输出功率进行简单计算就能得到被测液体的温度值.文献[16]中给出了参考液体分别为橄榄油,汽油时的温度测量范围.其测量范围还可以通过改变裸露光纤的长度来调节.文献[17]基于上面原理进一步介绍了多探头光纤传感器,并引入以微处理器为基础的硬件和基于神经元网络的测量软件,很好地解决了使用多探头时一些参数相互制约问题,而且温度测量范围更大,重复性更好,测量时间更短.
2.2.2 蓝宝石高温光纤传感器 这种传感器克服了普通石英光纤和常用传感器材料可测温度上
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限低的局限,使用R .D ils [18]提出的黑体腔高温光纤测温方法,具有测温范围广,精度高和响应速度快等优点.传感头之所以选择蓝宝石(ΑA l 2O 3)是因为蓝宝石不仅具有单晶物理化学性能稳定、机械强度好、本质绝缘、耐腐蚀等特点,而且在波段范围内透光性好,熔点高达2045℃,是一种优良的近红外耐高温光学材料.使用蓝宝石为材料制作的高温光纤传感器最小测温范围为600～1800℃,在800℃以上时,灵敏度小于1℃,在1000℃以上时,可分辨温度小于1℃,具有高温优越性.基于以上的优点,可以预计它将在化工、能源、冶金等行业得到广泛的应用[18].
2.2.3 光纤光栅传感器 光纤光栅是利用光纤中的光敏性(也称为光致折射率变化效应)制成的.光纤光栅的写入方法有很多种,主要有纵向驻波写入法、逐点写入法、横向干涉法、相位掩模法.后两种近年来使用较多.光纤光栅传感器,尤其是
光纤B ragg 光栅传感器是近几年国内外在光纤传[19].光纤光栅实质上是一种波长选择反射器,它的反射信号的波长会受施于其上的温度和应变的影响而发生变化,这种反射波长的变化称之为波长位移.利用光纤光栅的温度和应变两种效应,即采用光纤光栅做敏感元件,可以检测许多物理量.如图2所示,光纤光栅在传感技术中应用前景十分广泛,尤其是利用光纤应变敏感性间接测量物理量方面大有发展潜力.
图2 光纤光栅传感器的应用框图
F ig .2 F iber grating sen so r’s app licati on
目前,对光纤光栅传感器的研究方向主要有三个方面:一是对具有高灵敏度、高分辨率,且能同时感测应变和温度变化的传感器研究;二是对
光栅反射信号或透射信号分析和测试系统的研究.目标是开发低成本、小型化、可靠且灵敏的探测技术;三是光纤光栅传感器的实际应用研究,包括封装技术,温度补偿技术,传感器网络技术.常见的光纤光栅传感器有:基本光栅传感器,啁啾光栅传感器,长周期光栅传感器,B ragg 光栅传感器和多轴温度和应变光栅传感器[20～23].
3 结 语
光纤传感器作为一种优势明显的新型传感器不但在高、精、尖领域得到应用,而且在传统的工业领域被迅速推广;其本身产品也不断推层出新,显示出强大的生命力.可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高,不久的将来光纤传感器必将在海洋、化工、土木工程、水利电力等各个领域显示其应用活力.参考文献:
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Appl ica tion s and developm en t of f iber optic sen sors
Y AN G Chun x i,HU Zhong gong,DA I Ke zhong
(D epartm en t of E lectrical and Info rm ati on Engineering,W uhan In stitu te of Chem ical T echo logy,W uhan430073,Ch ina)
Abstract:T he characteristics of fiber op tic sen so rs are si m p ly in troduced in th is p ap er.T he develop2 m en t as w ell as recen t research and app licati on of these sen so rs around the w o rld are summ arized.F i2 nally,the fu tu re and m ain research directi on of the sen so rs is described.
Key words:fiber op tic sen so rs;app licati on;op tical fiber b ragg grating;tem p eratu re m easu rem en t
本文编辑:陈晓苹66武汉化工学院学报第26卷
一文深度了解光纤传感器的应用场景 文| 传感器技术（WW_CGQJS）光纤传感器与测量技术是当今传感器技术领域新的发展引应用，其测量用的光纤传感器有很多种类，有很多种工作方式。国内市场上光纤传感器应用主要在以下四种：光纤陀螺、光纤光栅传感器、光纤电流传感器和光纤水听器。下面对这四种产品分别介绍一下。光纤传感器应用种类一、光纤陀螺。 光纤陀螺按原理可分为干涉型、谐振型和布里渊型，这是三代光纤陀螺的代表。第一代干涉型光纤陀螺，目前该项技术已经成熟，适合进行批量生产和商品化；第二代谐振型光纤陀螺，暂时还处于实验室研究向实用化推进的发展阶段；第三代布里渊型，它还处于理论研究阶段。 光纤陀螺结构根据所采用的光学元件有三种实现方法：小型分立元件系统、全光纤系统和集成光学元件系统。目前分立光学元件技术已经基本退出，全光纤系统用在开环低精度、低成本的光纤陀螺中，集成光学器件陀螺由于其工艺简单、总体重复性好、成本低，所以在高精度光纤陀螺很受欢迎，是其主要实现方法。 二、光纤光栅传感器 目前国内外传感器领域的研究热点之一光纤布拉格光栅传感器。传统光纤传感器基本上可分为两种类型：光强型和干
涉型。光强型传感器的缺点在于光源不稳定，而且光纤损耗和探测器容易老化；干涉型传感器由于要求两路干涉光的光强同等，所以需要固定参考点而导致应用不方便。 目前开发的以光纤布拉格光栅为主的光纤光栅传感器可以避免出现上面两种情况，其传感信号为波长调制、复用能力强。在建筑健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等应用中，光纤光栅传感器是最理想的灵敏元件。光纤光栅传感器在地球动力学、航天器、电力工业和化学传感中有广泛的应用。三、光纤电流传感器 电力工业的迅猛发展带动电力传输系统容量不断增加，运行电压等级也越来越高，电流也越来越大，这样测量起来就非常困难，这就显现出光纤电流传感器的优点了。在电力系统中，传统的用来测量电流的传感器是以电磁感应为基础，这就存在以下缺点：它容易爆炸以至引起灾难性事故；大故障电流会造成铁芯磁饱和；铁芯发生共振效应；频率响应慢；测量精度低；信号易受干扰；体积重量大、价格昂贵等等，已经很难满足新一代数字电力网的发展需要。这个时候光纤电流传感器应运而生。 四、光纤水听器 光纤水听器主要用来测量水下声信号，它通过高灵敏度的光纤相干检测，将水声信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统进行识别。与传统水听器相比，光纤水听器具有
文章编号:10044736(2004)02006304 光纤传感器的应用及发展 杨春曦,胡中功3,戴克中 (武汉化工学院电气信息工程学院,湖北武汉430073) 摘 要:简要介绍了光纤传感器的特点,综述了光纤传感器的发展以及近期国际上光纤传感器的研究和应用情况,最后描述了其前景和主要研究方向. 关键词:光纤传感器;应用;光纤布拉格光栅;温度测量中图分类号:TQ 174.75+9 文献标识码:A 收稿日期:20031013 作者简介:杨春曦(1976),男,贵州铜仁人,硕士研究生.3通讯联系人. 0 引 言 光纤传感器的历史可追溯到上世纪70年代, 那时,人们开始意识到光纤不仅具有传光特性,且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础,无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来.1977年,美国海军研究所(N RL )开始执行由查尔斯?M ?戴维斯(Charles M .D avis )博士主持的Fo ss (光纤传感器系统)计划[1],这被认为是光纤传感器问世的日子.从这以后,光纤传感器在世界的许多实验室里出现.由于其具有常规传感器所无法比拟的优点和广阔的发展前景,很多国家不遗余力地加大对光纤传感器的研究力度,也涌现出许多成果[2].但它仍存在诸如价格昂贵、技术不够成熟等瓶颈,这使得它在工程上的应用较少.最近涌现的很多成果无论是在价位上还是技术上都有了新的突破.随着新方法、新工艺不断被引入,大量低价位高性能光纤传感器面世,而光纤与其他学科理论相结合,不仅使光纤传感器在信号检测精度、传输减损、信号处理方面有了很大的提高,而且其应用领域也越加广阔.本文简要地介绍了光纤传感器的特点,并对光纤传感器近期的发展动态进行简要地概述. 1 光纤传感器的特点 光纤传感器由光源、传输光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成.众所周知,描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等),这些参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生改变.如当温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时,均会使这 些参量发生相应变化.光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小.一般光纤传感器按其作用不同可分为两种类型:传光型和敏感型.而按其检测方法不同主要又可分为两种类型:强度型和相位型.图1是光纤传感器的结构框图 . 图1 光纤传感器的结构框图 F ig .1 Structu ral diagram of fiber op tic sen so r 与传统的传感器相比,光纤传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、耐腐蚀、本质安全及测量对象广泛等特点,而且在一定条件下可任意弯曲,可根据被测对象的情况选择不同的检测方法,再加上它对被测介质影响小,非常有利于在医药卫生等具有复杂环境的领域中应用. 2 光纤传感器在研究和工程中的应 用近况 2.1 光纤传感器的工程应用 光纤的优点和具体学科理论相结合,产生一大批应用范围更广、性能更好、价格相对低廉的各具特色的光纤传感器,在传统领域和新兴领域都得到很好的应用. 2.1.1 光纤传感器在化学和生物学中的应用 当前,在国外研究得比较多的化学和生物光纤传感器主要有光吸收型传感器,荧光型传感器和衰减波形光纤传感器三种. a .光吸收型传感器的工作原理是根据测定被测物对特定波长的光产生吸收以及吸收的强度来确 第26卷第2期 武 汉 化 工 学 院 学 报 V o l .26 N o.22004年6月 J. W uhan In st . Chem. T ech . Jun. 2004
光纤传感器的应用研 究
光纤传感器的应用研究 孙义才 2011301510103 电科三班 摘要：光纤传感技术是一门新的科学技术，也是信息社会的一个重要技术基础，在当代高科技中占有十分重要的位置。该技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术和密集型前沿技术。本课题主要了解光纤导光的基本原理及其在传感技术上应用的物理基础，重点研究光纤传感器敏感的物理量、光纤传感器的基本类型及其相关应用。 关键词：传感器；光纤通信；禁带宽度；光纤传感温度计；光纤传感压强计。 1.序言 光纤传感技术是二十世纪七十年代左右随着光纤通信技术的萌芽而迅速建立起来的，通过以光波这一载体并光纤这一媒质，起到具有感知与信号传输的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点。传感技术是近几年热门的应用技术，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智慧化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 现阶段，光纤传感领域在世界中的发展大致分为两大方面：应用开发与相关原理性研究。 2.1光纤传感器的结构原理 以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接，见图(a)。光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。 可见,光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。
光纤传感技术是伴随光通信的迅速发展而形成的新技术。在光通信系统中，光纤是光波信号长距离传输的媒质。当光波在光纤中传输时，表征光波的相位、频率、振幅、偏振态等特征参量，会因温度、压力、磁场、电场等外界因素的作用而发生变化，故可以将光纤用作传感器元件，探测导致光波信号变化的各种物理量的大小，达就是光纤传感器。利用外界因素引起光纤相位变化来探测物理量的装置，称为相位调制传感型光纤传感器，其他还有振幅调制传感型、偏振态调制型、传光型等各种光纤传感器。 与其他传感器相比，光纤传感器的特点是：抑抗电磁干扰，电绝缘性能好，耐腐蚀，安全可靠。因此可用于强电磁干扰，燃易爆，强腐蚀等环境中。灵敏度高、重丝轻、体积小、光路可变等。光纤传感器测温技术是近年才发展起来的新技术，并已逐渐显露出某些优异特性。可是，正象其他新技术一样，光纤传感器技术并不是万能的，它不是用来代替传统方法，而是对传统测温方法的补充与提高。充分发挥它的特长，就能创造出新的测温方案与技术应用的场合。 光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展的一种新的传感技术。是20世纪70年代中期以来国际上发展最快的高科技应用技术。光纤传感器与以电为基础的传感器有本质区别。光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。以其独有的特质而得以广泛应用，不难看出光纤传感器未来将会有较广阔的应用前景。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城。https://www.doczj.com/doc/403243405.html,/
文章编号:100320794(2004)0820009202 光纤传感器的应用和发展 马天兵,杜 菲 (安徽理工大学,安徽淮南232001) 摘要:主要阐述了光纤传感器的原理、特点及国内外的发展情况,介绍了在实际测量中的一些具体应用。提出了我国光纤传感器存在的问题,指出了今后发展的方向,为光纤传感器的深入研究提供了有益的参考。 关键词:光纤传感器;测量精度;传感技术 中图号:T N253文献标识码:A 1 前言 自20世纪70年代以来,光纤传感器取得了飞速发展。由于它独特的优点,决定了可实现某些特殊条件下的测量工作,比常规检测技术具有诸多优势,是传感技术发展的一个主导方向。光纤传感技术代表了新一代传感器的发展趋势。光纤传感器产业已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一,它以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。 2 光纤传感器的原理 光纤传感器通常由光源、传输光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成。众所周知,描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等)。这些参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生改变,特别如温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时,都会使这些参量发生相应变化。光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小。 光纤传感器与传统传感器相比有其独特的优点,即非接触式测量、抗干扰力强、灵敏度高、体积小、重量轻、柔性好,而且测量对象广泛。因此,在传感器行业中,光纤传感器越来越显示出它的优势。它将替代传统的机械接触式传感器及电容非接触式传感器。机械接触式传感器磨损被测表面,这就限制了测量精度。电容非接触式传感器的抗电磁干扰力差,使得其实用范围受到限制。 3 国内外光纤传感器的发展概况 由于光纤传感器应用的广泛性及其广阔的市场,其研究和开发在世界范围内引起了高度的重视,各国家更是竟相研究开发并引起激烈的竞争。 美国是研究光纤传感器起步最早、水平最高的国家,在军事和民用领域的应用方面,其进展都十分迅速。在军事应用方面,研究和开发主要包括:水下探测的光纤传感器、用于航空监测的光纤传感器、光纤陀螺、用于核辐射检测的光纤传感器等。这些研究都分别由美国空军、海军、陆军和国家宇航局(NAS A)的有关部门负责,并得到许多大公司的资助。美国也是最早将光纤传感器用于民用领域的国家。如运用光纤传感器监测电力系统的电流、电压、温度等重要参数,监测桥梁和重要建筑物的应力变化,检测肉类和食品的细菌和病毒等。日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光纤传感器的研究与开发。日本在20世纪80年代便制定了“光控系统应用计划”,该计划旨在将光纤传感器用于大型电厂,以解决强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中的信息测量、传输和生产过程的控制。20世纪90年代,由东芝、日本电气等15家公司和研究机构,研究开发出12种具有一流水平的民用光纤传感器。西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光纤传感器的研发和市场竞争,其中包括英国的标准电讯公司、法国的汤姆逊公司和德国的西门子公司等。 我国在20世纪70年代末就开始了光纤传感器的研究,其起步时间与国际相差不远。目前,已有上百个单位在这一领域开展工作,如清华大学、华中理工大学、武汉理工大学、重庆大学、核工业总公司九院、电子工业部1426所等。他们在光纤温度传感器、压力计、流量计、液位计、电流计、位移计等领域进行了大量的研究,取得了上百项科研成果,其中相当数量的研究成果具有很高的实用价值,有的达到世界先进水平。每年发表的论文、申请的专利也不少。但与发达国家相比,我国的研究水平还有不小的差距,主要表现在商品化和产业化方面,大多数品种仍处于实验室研制阶段,不能投入批量生产和工程化应用。 4 光纤传感器的应用 光纤传感器的应用范围很广,几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活,尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用,解决了许多行业多年 ? 9 ? 2004年第8期 煤 矿 机 械
２００8年9月中国医学物理学杂志Sep ．,２００8 第２5卷第5期 ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．25．Ｎｏ．5 光纤传感器的基本原理及在医学上的应用 孙素梅1，陈洪耀2，3，尹国盛2（1.漯河医学高等专科学校，河南漯河462000；2.河南大学物理与电子学院，河南开封 475004；3.中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031） 摘要：目的：本文的目的简要介绍光纤传感器的基本原理和简单分类，重点阐述传光型光纤传感器在医学的压力、流速、ｐＨ值等五方面的应用。方法：光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区，在调制区内，外界被测参数与进入调制区的光相互作用，使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被调制的信号光，再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测物理量。光纤传感器按其传感原理可分为两大类：一类是传光型传感器，另一类是传感型传感器。结果：目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。光纤传感器主要优点：小巧、绝缘、不受射频和微波干扰、测量精度高。医疗上的图象传输是传输型光纤传感器应用中很有特色的一部分。只需将许多光纤组成光纤束，就可以做成能有效地使图象空间量子化的传感器。自从光导纤维引入到内窥镜以后，扩大了内窥镜的应用范围。光导纤维柔软、自由度大、传输图象失真小、直径细等优点使得各种内窥镜检查人体的各个部位几乎都是可行的，且操作中不会引起病人的痛苦与不适。其中光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。在进行激光血管成形术时，血管镜可提供很多重要的信息，用以引导激光辐射的方向，选择激光的能量和持续时间，并可了解在成形术后的治疗效果。光纤内窥镜不仅用于诊断，也正进入治疗领域中，例如用于做息肉切除手术等。微波加温治疗技术是当前治疗癌症的有效途径，但微波加温治疗癌症技术的温度难以控制，而光纤温度传感器恰可以对微波加温治疗癌症的有效温度进行监测，从而使温度不致于过高杀死人体的正常细胞，也不会过低达不到治疗目的，使癌细胞进一步扩散。光纤温度传感器在癌症治疗方面的研究和开发正日益兴起。结论：光纤传感器作为一种优势明显的新型传感器在医学领域得到应用，为治疗疾病提供了一种崭新的方法。可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高，不久的将来光纤传感器必将会进一步推动医学的飞速发展。 关键词：光纤传感器；测量；医学；应用中图分类号：Ｒ３１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：1005-202X （2008）05-0846-05 The Basic Principle and Applications on Medical of Fiber Optic Sensors ＳＵＮＳｕ－ｍｅｉ１，ＣＨＥＮＨｏｎｇ－ｙａｏ２，３，ＹＩＮＧｕｏ－ｓｈｅｎｇ２ （１．ＬｕｏｈｅＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＬｕｏｈｅＨｅ＇ｎａｎ４６２０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅ＇ｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫａｉｆｅｎｇＨｅ＇ｎａｎ４７５００４，Ｃｈｉｎａ；３．ＴｈｅＡｎ＇ｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ） Abstract:Objective:Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｉｍｐｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｏｎｍｅｄｉｃａｌｉｎｂｌｏｏｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｆｌｏｗ，ｔｈｅｐＨｖａｌｕｅｅｔｃ．Method:Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｓｅｎｄｓｏｕｔｔｈｅｐｈｏｔｏｓｏｕｒｃｅｓｅｎｄｓｉｎａｆｔｅｒｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｉｎｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｗｉｔｈｅｎｔｅｒｓｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａｔｈｅｌｉｇｈｔｔｏａｆｆｅｃｔｍｕｔｕａｌｌｙ，ｃａｕｓｅｓｔｈｅｌｉｇｈｔｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｐｈａｓｅ，ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｔｏｏｃｃｕｒｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｏｔｈｅｓｉｇｎａｌｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｍｏｄｕｌａｔｅｓ，ａｇａｉｎｐａｓｓｅｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｓｅｎｄｉｎｔｈｅｌｉｇｈｔｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒｏｂｔａｉｎｓｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｑｕａｎｔｉｔｙ．Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｍａｙｄｉｖｉｄｅｉｎｔｏｔｗｏｋｉｎｄｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｓｅｎｓｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ：ｏｎｅｋｉｎｄｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ；ｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ．Result:Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｍａｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｅｄｉｃｉｎｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｍａｉｎａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒａｒｅ：ｅｘｑｕｉｓｉｔｅ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ｎｏｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｓh ｉｇｈ．Ｔｈｅｉｍａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｍｅｄｉｃａｌｉｓｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｐａｒｔｏｆ ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅｓｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｏｎｌｙｔｉｅａｐｌｅｎｔｙｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓ，ｗｅｃｏｕｌｄｍａｋｅｔｈｅｓｅｎｓｏｒｗｈｉｃｈｃａｎｃａｕｓｅｔｈｅｉｍａｇｅｓｐａｃｅ 收稿日期：2008-03-10 作者简介：孙素梅（1954-），女，漯河医学高等专科学校物理教研室 副教授。Tel ：0395-296452713939575106；E -mail ： sunsumei2007@https://www.doczj.com/doc/403243405.html, 。 846--
光纤传感器原理与应用 1 引言 传感器技术、通信技术、计算机技术是现代信息技术的三大支柱，传感器作为探测与获取外界信息的重要环节之一而被应用于工业、农业及军事等各个领域。 近20多年来，光纤传感器的发展则大有取代传统传感器的趋势。光纤传感器是光通信和集成光学技术发展的结晶，与以往的传感器不同，它将被测信号的状态以光学的形式取出[1]。光信号不仅能被人所直接感知，利用半导体二极管等小型简单元件还可以进行光电、光学转换，极易与一些电子装备相匹配。此外，光纤不仅是一种敏感元件，还是一种优良的低损耗传输线，因此，光纤传感器还可以用于传统的传感器所不适用的远距离测量。 自从20世纪70年代末光纤传感器诞生以来，便由于其具有的防火、防爆、精度高、损耗低、体积小、重量轻、寿命长、性价比高、复用性好、响应速度快、抗电磁干扰、频带范围宽、动态范围大、易与光纤传输系统组成遥测网络等优点而被广泛地应用于各行各业。随着对其研究的不断深入，光纤传感器势必会对科学研究、国民生产、日常生活等诸多领域产生深远影响。 2 光纤传感器基本构成及原理 光纤传感器由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光探测器以及解调制器组成。其基本原理是将光源的光经入射光纤送人调制区，光在调制区内与外界被测参数相互作用，使光的光学性质(如强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化而成为被调制的信号光，再经出射光纤送入光探测器、解调器而获得被测参数。 光纤传感器按传感原理可分为两类：一类是传光型(非功能型)传感器[2]，另一类是传感型(功能型)传感器[3]。在传光型光纤传感器中，光纤仅作为光的传输媒质，对被测信号的感觉是靠其它敏感元件来完成的，这种传感器中出射光纤和入射光纤是不连续的，两者之间的调制器是光谱变化的敏感元件或其它性质的敏感元件。在传感型光纤传感器中光纤兼有对被测信号的敏感及光信号的传输作用，将信号的“感”和“传” 合而为一，因此这类传感器中光纤是连续的。
光纤图像传感器是采用传像束来实现的。传像束由玻璃光纤按一定规则排列而成。在一条传像束中，包含了数万条甚至几十万条直径为10~20μm的光纤，每一条光纤传送一个像素信息。用传像束可对图像进行传递、分解、合成和修正。传像束式的光纤图像传感器在医疗、工业和军事等部门有着广泛的应用。 （一）工业用的内窥镜 在工业生产过程中，经常需要检查系统内部的结构情况，而这种结构由于各种原因不能打开或不能靠近观察。采用光纤图像传感器将探头放入系统内部，通过光束的传输，可以再系统外部观察、监视系统内部的情况，其中一种结构由物镜、传像束、传光束、目镜组成。光源发出的光通过光束照射到被测物体上，照明视场，通过物镜和传像束把内部结构图像传送出来，以便观察和照相。另一种结构是内部结构的图像通过传像束送到CCD器件，这样可把光信号转换成电信号，送入微机进行处理，并可通过微机输出控制伺服装置，以实现跟踪扫描，其结果也可实时显示、打印。 （二）医用内窥镜 医用内窥镜由末端的物镜、光纤图像导管、顶端的目镜和控制手柄组成。照明光是通过图像导管外层光纤照射到被观测物体上，反射光通过传像束输出。由于光纤柔软、自由度大，末端通过手柄能控制偏转，传输图像失真小，因此，他是检查和诊断人体内部各种疾病和进行某些外科手术的重要仪器。 更多光纤传感器应用请登陆传感器之家。 参考资料：ii。https://www.doczj.com/doc/403243405.html,。ii 我就是做光纤传感器（OFS）的，OFS在应用上分为传光型的和传感型的。顾名思义，前一种就是起到传输光的作用，传感元件要与光纤连在一起；后一种就是既有传输光的作用，又有传感作用。现在研究热点几乎都是后一种，所以我就简单介绍下后一种，因为光纤传感器作为传感用有很多的应用，比如抗腐蚀，抗电磁干扰等，可以在复杂恶劣的环境下使用。作为传感用的光纤，原理上就是通过对传输光的偏振，强度，相位，波长，周期，频率等进行调制，通过检测器获得调制结果而进行传感的器件。因为当外界的环境变化时，比如说温度，应力、磁、声、压力、温度、加速度等都会对光纤的折射率分布等一些构造产生微小的影响，导致传输光的特性发生改变，通过探测这些改变而得到外界的变化，起到传感作用。 至于应用方面就很广泛了，几乎可以应用到现在大多数电学传感器应用的领域了，比如现在比较火的是安防，围界安全，输油管道安全实时监控等，反正应用前景很广的。有具体想问的可以联系我，因为我就在做这方面 光纤传感器国内有哪些高校在研究，有没有知名专家？ 很多啊，例如天津大学刘铁根 武汉理工大学姜德生 成都电子科技大学饶云江 南京大学张旭萍 中国计量学院 还有不少研究所也在做这个方面。 还有不少，网上都能搜到的，其中刘铁根和姜德生是院士。做得都很不错 光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。 光纤传感器应用：磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。 见百度百科https://www.doczj.com/doc/403243405.html,/view/251998.html?wtp=tt
功率放大器的制作与调试实训报告 一、实训目的 1.通过自己动手实践加深对集成运算放大器工作原理的认识。 2.通过思考实验中遇到的问题来加深对电子技术知识的认识。 3.通过动手焊接电路和查找线路中的故障来培养自己的动手能力。 二、实训线路及器材 1.实训电路 2.工作原理 图上所示电路为本作品—双电源供电BTL音频功率放大器（双声道）原理图，本作品自带电源电路，简单实用。其中TDA2030是高保真集成功率放大器芯片，输出功率大于10W，频率响应为10~1400Hz，输出电流峰值最大可达3.5A。其内部电路包含输入级、中间级和输出级，且有短路保护和过热保护，可确保电路工作安全可靠。TDA2030使用方便、外围所需元器少，一般不需要调试即可成功。TDA 2030（1）为同相放大器，输入信号Vin通过交流
耦合电容C1馈入同相输入端1脚。D7为整流桥堆起整流作用，C13.C14起滤波作用，R5是音量调节电位器，C1是输入耦合电容，。R2、R6决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益。该电路闭环增益为（R2+R6）/R6=（0.68+22）/0.68=33.3倍，C15起隔直流作用，以使电路直流为100%负反馈。静态工作点稳定性好。C3、C5、C7、C8为电源高频旁路电容，防止电路产生自激振荡 3.元器件清单 名称规格型号数量位号 集成电路TDA2030 1 IC 整流二极管1N4007 2 D1，D2 电阻器100K 4 R1，R2，R3，R5 电阻器 4.7K 1 R4 电阻器 电阻器 电阻器 电阻器 电阻器 电阻器 电阻器 瓷片电容器 瓷片电容器 瓷片电容器 瓷片电容器 电解电容 电解电容 电位器 电位器 2P接线输出端子 音频输入插座 3P电源插座 直推电源开关 IC散热器 散热器螺丝 发光LED 变压器 瓷片电容 4.实训主要材料 设计的TDA2030采用双电源供电，采用双电源输入，可采用一个变压器，通过变压器把220V常用电压变成正负12V作为电源输入。 5.实训工具 三、训练步骤及内容 1. 第一步是画电路原理图，根据老师给的图画出原理图。 2.第二步是分析原理图，我在分析次原理图时发现原理比较简单，就是以TDA2030A为放大芯片，加上电源滤波电容和过压过流保护，和反馈部分的电阻，基本上就没什么了。分
光纤传感器的分类及应用 2008级光信息科学与技术3班牛鑫 学号：200841801071 光纤传感器（Optical Fiber Transducer）就是利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性(强度、相位、偏振态、频率、波长)改变的传感器。它的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。 随着现代科学技术的发展, 信息的获得显得越来越重要。传感器正是感知、检测、监控和转换信息的重要技术手段。光纤传感器是继光学、电子学为一体的新型传感器, 与以往的传感器不同, 它将被测信号的状态以光信号的形式取出。光信号不仅能被人所直接感知, 利用半导体二极管如光电二极管等小型简单元件还可以进行光电、电光转换, 极易与一些电子装配相匹配, 这是光纤传感器的优点之一; 另外光纤不仅是一种敏感元件, 而且是一种优良的低损耗传输线; 因此, 光纤传感器还可用于传统的传感器所不适用的远距离测量。近年来光纤传感器得到了越来越广泛的应用。 近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。它具有很多独特的优点：1、灵敏度高由于光是一种波长极短的电磁波, 通过光的相位便得到其光学长度。以光纤干涉仪为例, 由于所使用的光纤直径很小, 受到微小的机械外力的作用或温度变化时其光学长度要发生变化, 从而引起较大的相位变化。2、测量速度快光的传播速度最快且能传送二维信息, 因此可用于高速测量。对雷达等信号的分析要求具有极高的检测速率, 应用电子学的方法难以实现, 利用光的衍射现象的高速频谱分析便可解决。3 、信息容量大被测信号以光波为载体, 而光的频率极高, 所容纳的频带很宽, 同一根光纤可以传输多路信号。4 、适用于恶劣环境光纤是一种电介质, 耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰, 可用于其它传感器所不适应的恶劣环境中。另外, 利用光纤的柔韧性可将光纤传感器做成各种形状的传感器及传感器阵列, 用于多参数测量。 光纤传感器可以分为两大类：一类是功能型（传感型）传感器; 另一类是非功能型（传光型）传感器。 一、功能型传感器 功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件, 被测量对光纤内传输的光进行调制, 使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化, 再通过对被调制过的信号进行解调, 从而得出被测信号。光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制，多采用多模光纤。优点：结构紧凑、灵敏度高。缺点：须用特殊光纤，成本高，典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等 二、非功能型传感器 非功能型传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化, 光纤仅作为信息的传输介质，常采用单模光纤。光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。
2008年 9月中国医学物理学杂志 Sep .,2008 第 25卷第 5期 Vol. 25. No. 5 光纤传感器的基本原理及在医学上的应用 孙素梅 1, 陈洪耀 2, 3, 尹国盛 2(1. 漯河医学高等专科学校 , 河南漯河 462000; 2. 河南大学物理与电子学院 , 河南开封 475004; 3. 中国科学院安徽光学精密机械研究所 , 安徽合肥 230031 摘要 :目的 :本文的目的简要介绍光纤传感器的基本原理和简单分类 , 重点阐述传光型光纤传感器在医学的压力、流速、 pH 值等五方面的应用。方法 :光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区 , 在调制区内 , 外界被测参数与进入调制区的光相互作用 , 使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被 调制的信号光 , 再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测物理量。光纤传感器按其传感原理可分为两大类 :一类是传光型传感器 , 另一类是传感型传感器。结 果 :目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。光纤传感器主要优点 :小巧、绝缘、不受射频和微波干扰、测量精度高。医疗上的图象传输是传输型光纤传感器应用中很有特色的一部分。只需将许多光纤组成光纤束 , 就可以做成能有效地使图象空间量子化的传感器。自从光导纤维引入到内窥镜以后 , 扩大了内窥镜 的应用范围。光导纤维柔软、自由度大、传输图象失真小、直径细等优点使得各种内窥镜检查人体的各个部位几乎都是可行的 , 且操作中不会引起病人的痛苦与不适。其中光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。在进行激光血管成形术 时 , 血管镜可提供很多重要的信息 , 用以引导激光辐射的方向 , 选择激光的能量和持续时间 , 并可了解在成形术后的治疗效果。光纤内窥镜不仅用于诊断 , 也正进 入治疗领域中 , 例如用于做息肉切除手术等。微波加温治疗技术是当前治疗癌症 的有效途径 , 但微波加温治疗癌症技术的温度难以控制 , 而光纤温度传感器恰可以对微波加温治疗癌症的有效温度进行监测 , 从而使温度不致于过高杀死人体的正常
基于纳米银膜的微振动光纤传感器及其应用的研究膜片式微振动光纤传感器的核心技术是高灵敏度传感膜片的制作及传感膜片与探测光的耦合方式。本文使用液相化学反应生成了一种纳米银膜，使用纳米银膜设计出一种高灵敏度的微振动传感器；使用相位载波（ＰＧＣ）零差解调方法，构建了一种微振动光纤传感器系统。实验结果充分证明，此传感器系统结构简单，体积小，对声压、光压的具有理想的感应灵敏度及检测线性度；此传感器可应用于声音传感、微振动传感、光压传感、光功率测量等。银膜的声压响应灵敏度为160nm/pa，其底噪最小可检测压力灵敏度为14.5gpa/hz；其感应光功率改变量的灵敏度为5.1nm/mw。 第一章：首先，介绍了光纤传感器的研究状况及膜片式光纤传感器的发展历程。其次，提出本论文研究的目的和意义。 第二章：分析干涉型光纤传感器传感原理，并详细介绍了马赫曾德干涉仪的传感原理及光纤干涉仪的解调方法一相位载波（ＰＧＣ）零差法的载波原理及解调原理。这是整个论文工作的理论准备。 第三章：首先，介绍了金属膜片的制作工艺；其次，详细介绍了纳米银膜传感探头的制作；最后介绍了传感探头的安装。 第四章：对本论文提出并制造的基于纳米银膜的微振动光纤传感器系统，通过对声压及光压信号的测试，进行了对银膜压力感应特性的研究。设计了传感器银膜振动幅的标定实验；设计了银膜探头的声压响应实验，确定了银膜振动幅与声压强度的关系，并得到了银膜的声压响应灵敏度为１６０ｎｍ／Ｐａ，高于目前已报道的研究成果
两个数量级；设计了微振动光纤传感器的光压强度检测实验，其感应光功率改变量的灵敏度为５．１ｎｍ／ｍＷ；设计了微振动光纤传感器的双波长光波的光压强度检测实验。 第五章：首先对本论文的内容进行了总结和回顾；其次，在吸取国内外相关的最新研究成果、本论文所取得的研究成果及发现的不足之处的基础上，对今后的研究工作做了展望以及实验改进的设想。 关键词：微振动光纤传感器：纳米银膜；声压传感；光压传感；相位载波零差法基纳米银膜的微振动 第一章绪论 １．１引言第一章绪论 从上个世纪６０年代开始，激光技术及光纤制造技术的先后出现，使光纤传感器的出现成为了可能。相比于传统以电磁为传导媒介的传感器，光纤类传感器具有传感灵敏度高、可测频带宽、抗强电磁干扰、耐腐蚀老化、易于弯折、质量小、价格低廉、能量损耗低、可重复使用等优点，特别适用于遥远距离测试以及在易于燃烧、易于爆炸、微小空间、强电磁干扰等环境下使用。光纤传感器是光学技术、声学技术、材料科学、精确计量和信息解调技术等多个学科交叉的综合性高新科技前沿技术之一，能够广泛应用于能源安全、机械加工、电力传输、冶金监测、食品质检、建筑安全、国防科技、生物技术、卫生医疗、材料、环保监控、农林牧畜、工业测控、灾害防御、交通运输、信息产业、计量测试等众多领域，与人们的日常生活息息相关。光纤传感器技术的发展应用可分为如下几个主要阶段：上二
/************************************************/ 介绍光纤 近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 优点 一。灵敏度较高； 二。几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器； 三。可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件； 四。可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境； 五。而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。 应用范围：光纤传感器应用领域非常广泛，涉及石油化工、电力、医学、土木工程等诸多领域。 /***************************应用（正题）*****************************/ 4.1光纤传感器在石油化工系统的应用 在石油化工系统中，由于井下环境具有高温、高压、化学腐蚀以及电磁干扰强等特点，使得常规传感器难以在井下很好地发挥作用。然而光纤本身不带电，体小质轻，易弯曲，抗电磁干扰、抗辐射性能好。特别适合于易燃易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。 4.1.1光纤传感器在油气勘探[4]中的应用 应用光纤传感器可以制成井下分光计，分布式温度传感器及光纤压力传感器等适用于这种特殊作业要求的产品。 (1) 井下分光计 它由两个传感器合成：一个是吸收光谱分光纤，另一个是荧光和气体探测器。井下流体通过地层探针被引入出油管，光学传感器用于分析出油管内的流体。流体分析分光计则提供了原位井下流体分析，并对地层流体的评估加以改进。 (2) 分布式温度传感器 光纤分布式温度传感器是井下应用最为流行的光纤传感器。应用实例是监测注水蒸气重油开采系统。蒸汽被注入重油层用以降低油的黏度，使稠油能够开采出来。井下蒸汽温度可高达250℃以上。
学业论文 题目：光纤传感技术及其应用 姓名：赵晓雷 所在学院：机电工程学院 专业班级：电气一班 学号： 100101110 指导老师：李娜 日期： 2011年12月
光纤传感器技术及其应用一：光纤传感器的定义、结构、特点与分类； 二：光纤传感器的原理与应用； 三：光纤传感器在检测技术中的应用； 四：光纤传感器的发展前景； 参看文献：《光纤传感器技术及其应用》；作者：王玉田
一：光纤传感器的定义、结构、特点与其分类； 1.定义， 中文名称：光纤传感器 英文名称：optical fiber transducer 定义1：利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性(强度、 相位、偏振态、频率、波长)改变的传感器。 应用学科：航空科技（一级学科）；飞行控制、导航、显示、控制和记录系统（二级学科）。 定义2：利用光纤技术和光学原理，将感受的被测量转换成可用 输出信号的传感器。 应用学科：机械工程（一级学科）；传感器（二级学科）；传感 器一般名词（三级学科）。 2.光纤传感器的特点： 一、灵敏度较高 二、几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器 三、可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的件； 四、可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境； 五、而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。
附属说明：可以用来检测多种物理量，比如声场、电场、压力、振动、温度、加速度等，还可以完成现有检测工作中难以完成的检测任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了超强的能力。目前光纤传感器已经有70多种，大致上分成光纤自身传感器和利用光纤传感器。近年来得到很好的发展，大多应用在低碳领域。在风力发电中，光纤传感工艺开始用于检测和优化风力发电风轮系统。作为发展最快的能源工艺，风轮的尺寸越来越大。这些风轮体积巨大，又安装在比较遥远的地点。监控工程师需要实时了解这些风轮的状态。因此，光纤传感器就能发挥其功效，帮助工程师了解风力发电机机组的运行情况。光纤传感器工艺耗能极低而且灵敏，特别在远距离传输中，信号稳定，受干扰小。这些特点使光纤传感器成为极端环境下的理想选择。 2.光纤传感器结构 以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接。光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成。 3.光纤传感器的分类； 功能型、非功能型和拾光型三大类。 1）功能型（全光纤型）光纤传感器 利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)
光纤传感器的应用研究 孙义才 2011301510103 电科三班 摘要：光纤传感技术是一门新的科学技术，也是信息社会的一个重要技术基础，在当代高科技中占有十分重要的位置。该技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术和密集型前沿技术。本课题主要了解光纤导光的基本原理及其在传感技术上应用的物理基础，重点研究光纤传感器敏感的物理量、光纤传感器的基本类型及其相关应用。 关键词：传感器；光纤通信；禁带宽度；光纤传感温度计；光纤传感压强计。 1.序言 光纤传感技术是二十世纪七十年代左右随着光纤通信技术的萌芽而迅速建立起来的，通过以光波这一载体并光纤这一媒质，起到具有感知与信号传输的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点。传感技术是近几年热门的应用技术，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智慧化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 现阶段，光纤传感领域在世界中的发展大致分为两大方面：应用开发与相关原理性研究。 2.1光纤传感器的结构原理 以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接，见图(a)。光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。 可见,光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。