1、在 20 世纪 70 年代之前，光纤传感很少出现在人们的生活中，并没有对我们的生活造成一定的影响，但 20 世纪 70 年代以后光纤传感技术开始快速的被人们研究并发展，开始对人们的生活造成很大的影响，在人们的日常生活中起着很重要的作用。光纤传感器的特点是结构简单，精度高，灵敏度高，易于在多种环境下实现，作为一种非常热门的技术出现在生活的应用当中。关键词：光纤传感技术；应用；光纤传感器Abstract: Before 1970s, the optical fiber sensing technology did not cause what impact on peoples lives, bu
2、t after the optical fiber sensing technology with its unique advantages of rapid development, and has great impact on peoples lives, plays a very important role in peoples daily life. The characteristics of optical fiber sensor is of simple structure, high precision. High sensitivity, easy to implem
3、ent in a variety of environments, as one of the most popular technologies in life among applications.Key Words : Optical fiber sensing technology；application ；Fiber sensor引言光纤传感技术的应用主要有两个方面为学术研究和工业领域。光纤传感技术有两个主要的技术路线：分布式和准分布式。前者以基于OTDR 技术为主，后者以基于 FBG 及 M-Z 干涉仪技术为主。这两条路径可以监测温度、应力、应变、振动、加速度和其他物理量。两者相比
4、，分布式技术以安装简单易于监控为主要优势，准分布式单点精度、低价格为主要优势。与传统的电子系统相比较，该光纤系统具备稳定性好、安全性高、使用寿命长等优点。现阶段最热门是分布式光纤振动探测技术，其主要应用在各种安防以及航空领域。在个别细分市场已逐步取代激光辐射、电缆和振动电缆等技术的泄漏。然而，由于需要一个稳定的宽带光源，成为了光纤传感技术的限制，使用的成本也更加高昂，并在宽光谱范围的需要时，有一定程度的困难，很难实现，微结构光纤和单纤维的融合结构稳定性难以保证。1. 光纤传感器的基本理论1.1 光纤传感器的原理光纤传感器由光源、光调制器、出射光线、入射光纤、光探测器和解调器组合而成，其工作原理
5、：入射光纤将光源发出的光导入调制区，在调制区里面，同一调制区的光信号的光频、偏振、光响应、相位变化和强度的参数进行调制，北侧的物理量通过光学探测器和紧急传输解调器被得到。根据原理的不同，光纤传感器被分为两种：一种是传感型传感器；一种是传光型传感器。在传光型传感器的传播过程中，光纤仅仅作为光传播的介质，只有借助其他元件才能“感觉”到外界信息，传光型传感器的光纤不具有连续性，敏感元件被设置在中间位置。目前传光型光纤传感主要应用于医学领域 1。1.2 光纤传感器的分类光纤传感器分为传感器和光传感器两种。传感器（或功能型）光纤传感器的工作原理为：借助于外界因素改变光纤中光的波长（频率） 、强度（振幅）
6、 、相位或偏振态，从而达到对外界因素进行计量和数据传输的目的。它具有信息采集和传输的特点和光纤传感器集成的特点。传光型光纤传感器的工作原理为：有光纤传输其他敏感源检测的的物理量 2。它的特点就是便于推广和应用和充分利用现有的传感器。这两类光纤传感器都可再分为相位调制、光强调制、波长调制和偏正态调制等几种形式。2. 光纤传感器的优势特点2.1 光纤传感器的优点光纤传感器具有如下优势：1. 安全绝缘耐腐蚀和抗电磁干扰。由于其具有抗电磁干扰的特点，所以可以大大提高应用过程中的适应性。由于其耐腐蚀的特点，光纤传感器更能适应各种极端环境，减少了在使用中的消耗，增强了其使用寿命，节约了成本。综上所述，光纤
7、传感器在性能及安全方面具有极大的优势。2. 灵敏度高。在位移、振动、旋转、压力、弯曲、应变等测量中，以其灵敏度高的特点，光纤传感器遥遥领先于传统传感器。因此，传统传感器在桥梁检测中的应用能够被光纤传感器所代替。3. 重量轻，体积小，外形可变。由于传统传感器不便携带，体积较大，外形可变能力有限，常常在测量中带来些许困扰。光纤传感器在设计上避免这些问题，在此后的实际测量中大大提高测量效率。4. 测量对象广泛。由于光纤传感器便于携带，体积较小，外形可变化的特点，更能适应各种被测物体。5. 对被测介质影响小。由于其抗电磁干扰，电绝缘的性能，在测量过程中，与被测介质基本无任何反应，大大降低了其影响。6.
8、 成本低。20 世纪 70 年代以来光纤传感技术的应用逐渐扩大，生活中更加普及，大的市场需求量导致了制造成本的降低。3. 光纤传感技术在生活中的应用3.1 光纤传感技术在基础设施上的应用3.1.1 桥梁监测的应用目前，光纤光栅传感器也更多的应用在桥梁检测中，在桥梁建造的过程中，需要及时的桥梁进行检测以保证桥梁建造的质量这个步骤在桥梁的建造过程中起着至关重要的作用。为了达到健康监测桥梁结构的目的，光纤传感技术有如下功能：评定桥梁的最大荷载，预先检查的桥梁的性能设计，显示异常状态或行为并制定维修预案。光纤光栅传感器安装于碳纤维筋的表面上，通过测量传感器的应变变化可以监测碳纤维筋的长期可靠性 6。由
9、于碳纤维筋被预拉至 8000，在其服役期间将会出现应力释放的过程，从而使光纤光栅传感器处于压应力状态中。漯河市在去年新建了一条解放路大桥，在光纤传感测量技术的帮助下，快速的完成了测量工作，并即时投入建设。3.1.2 铁路轨道监测上的应用在铁路轨道监测过程当中，光纤布拉格光栅传感器也起着着非常重要的作用。如轴数、列车速度实时监测、列车重量和车轮不平衡的测量、列车识别等。与传统的电子测量仪器相比，光纤光栅传感器具有许多独特的优点，非常适合铁路轨道监测的应用。这些优点在于：1. 抗电磁干扰。电气化铁路通过修建铁路高压线路为列车供电。这些高压线路会产生强烈的电磁干扰。传统的电传感器在强电磁场环境中工作
10、很困难。2. 可重用性。光纤可与多个光纤光栅好传感器串联连接 ，大大简化了安装工作，降低了安装成本。3. 远程监测。光纤光栅在普通通信光纤内部被刻蚀，具有损耗小的优点。4. 固有的自参考能力，无须校准。光纤光栅传感器所测量的应变信息与光纤光栅反射波长有关。光波长是一个独立物理参量，与光强无关。光纤传感器安装在地铁轨道监测列车的响应时，火车通过。智能化铁轨就是嵌入了光纤布拉格光栅传感器的铁轨。光纤布拉格光栅传感器网络可以实现对列车位置、列车速度、列车重量等各种信息的实时监测。3.2 光纤传感技术在医学上的应用肿瘤是目前世界上一种非常严重的一病症，而现在这种病症又变得比较常见，其高发的死亡率让大家
11、对于这个病几乎是“谈病色变” 。目前治疗肿瘤的一种新兴手段是利用温度进行微波热疗，是一种无创伤、无痛苦、无毒副作用、安全有效的新疗法，微波热疗可有效弥补单纯手术、化疗和放疗的不足，能有效提高恶性肿瘤的治愈率和缓解率。目前主要应用范畴：1.单独局部热疗治疗恶性肿瘤适应症：一些浅表性肿瘤，如乳腺癌、皮肤癌、头颈癌等；a. 手术无法切除的残存肿瘤；b. 晚期癌症的顽固性疼痛。2.热疗与放疗合并应用3.热疗与化疗药物合并应用4.热疗合并放疗、化疗治疗恶性肿瘤其主要原理是利用合适的温度杀死病变细胞的同时又不伤害正常细胞。在治疗过程中，正常组织细胞的温度一般在 44 摄氏度左右，而肿瘤的温度保持在43 摄
12、氏度以上的温度下，42 摄氏度以上 1 摄氏度的温度之间的温度差会导致细胞存活率的变化 5，但是温度多高又会对正常组织细胞造成伤害，因此微波热疗的关键就是控制温度。在微波治疗仪中安装的就是一种光纤传感器。3.3 光纤传感技术在管道泄漏监测系统中的应用长期以来，管道的外壁难以实时监测，管道运输大多是在人烟稀少的荒野地区，周围环境相对较差，而管道直接在阳光下，容易造成局部温度过高，局部温度的过高则会导致管道的外壁发生泄漏，当管道泄漏的东西达到一定的浓度时，会引起火灾或者爆炸等的严重事故，这些事故的产生会对人们的生活环境造成污染，同时也会对社会经济带来极大的损失。分布式光纤管道泄漏监测系统是针对输送
13、管道工作状态的泄漏而进行的监测系统。因为在输送泄漏时，内部液体温度高于外部温度或液体到气体的过程中会降低管道的温度，通过实时监测环境温度参数对管道的温度和管道参数的影响，能够及时的报告实时变化的温度异常，以此来确定传输管道泄漏，结合光纤的光时域反射（通过散射光的返回时间精确定位温度点）确定泄漏点的实际物理位置；为确保管道全寿命周期内的安全运行提供基本的管理数据和科学依据，显著提高管道的整体管理水平，从而实现管道泄漏的早期检测和泄漏定位。系统功能： 实时监测管道表面和管道接头温度，以直观的曲线形式显示温度，可以随时了解并检查当前管道运行监测情况。报警设置。根据不同的环境，报警可以设置沿管道长度的
14、分区，灵活设置任何级别的预警和报警值可以绝对温度报警，相对温度报警或温升率报警，有效避免事故的误报和漏报。对管道的危险区域实现预先报警，可以提早排除故障，避免产生不良后果和造成重大损失 7。同时对管道的环境温度进行了监测，发现了其他原因引起的异常温度。历史记录查询。收集到的数据形成数据库，有利于查询、历史数据的比较和分析为管理者提供依据。监测系统温度数据和报警信号可上传至中控室，实现网络监控。3.4 光纤传感技术油罐/液化气罐光纤感温探测报警系统中的应用石油化工储罐区大多是在人烟稀少的荒野地区，周围环境相对较差，而油罐直接在阳光下暴晒，容易造成局部温度过高，甚至随着石油和天然气发挥到一定浓度，
15、导致火灾的发生。长期以来，由于油罐本身的是一种高危险产品各种油品，而油罐位于荒野地区，管壁温度难以实时监测。传统的温度传感火灾监测系统难以保证其可靠性和实时性。所以，近年来诸多储罐地区发生了多起火灾事故，造成了巨大的经济损失。油罐光纤温度监测系统是测量油罐上一些比较重要地方的温度系统。在储罐顶板和墙面有一定范围（一般为 3 米距离）分布的安装有高温响应的光纤光栅温度传感探头，实现对油罐/液化气罐等的实时温度监测和火灾自动报警 8。具有实时电子地图显示，分析现场温度功能，并能多级报警、历史记录、报表分析等功能，确保油罐全寿命周期内的安全运营提供基础管理数据及科学依据，显著提高油罐整体管理水平，从而实现早期检测和预测风险。光纤光栅感温火灾探测系统主要由光纤光栅温度传感器、光纤传感分析仪、信号传输光缆和自动报警软件系统等组成。光纤光栅温度传感探头与抗静电光纤尾纤串联连接形成链，最后汇聚成多芯光纤，光纤传感分析仪连接到遥控室。4. 光纤传感技术的发展经过三十多年的技术沉淀及市场发展，我国光纤传感技术市场产业化格局已基本形成。从原来单一的技术和产品推广逐渐走向成熟的解决方案，在产品类型、工艺质量和项目实施服务等方面逐步完善，行业规范和标准也逐步形成，市场接受度稳步提升 9。许多中小高新技术企业的先进技术和市场正在形成，并促进中国的光纤传感技术的快速发展。
