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光纤传感技术

已有 4775 次阅读 2010-1-26 15:59 |个人分类:未分类|系统分类:论文交流

随着信息社会的发展,传感器技术作为高新信息技术,其重要作用日益显著。早在80年代,美国就认为世界已进入传感器时代,日本将传感器技术列为十大技术之首,我国也将传感器技术列为国家“七五”、“八五”重点科技攻关项目。光纤传感器是世界上兴起的一种新型传感技术,是科技工作者应用光纤通讯和集成光学技术成就,并加以发展的结晶。光纤传感器被列入现代传感器技术发展方向之一,并在理论和应用上投入大量的研究工作,尤其是近几年,它的发展异常迅速,显现出巨大的开发潜力,受到一些工业先进国家政府和研究单位的高度重视。光子技术是光子学与电子学结合而成的技术,作为信息载体的光子在速度容量、空间容量、响应速度、并行处理能力等方面具有电子所不具备的优越性。近三十年来,以光子传输与处理技术为基础的光纤传感器应用技术逐渐成为各国研究的热点,该技术属于光子技术的研究与应用范围,是光纤、半导体器件和光通信等技术结合发展的产物

光纤传感技术是伴随着光纤及光纤通信技术发展而另辟新径的一种光学传感技术。光纤传感检测的基本原理就是利用光纤中的光波参数(如光强、频率、波长、相位以及偏振态等)随外界被测参数的改变而变化的规律,通过测量这些光波参数来实现对外界物理量(如折射率、浓度、温度、应力等)的检测,它是光纤在非通信领域中的重要应用。

一般的光纤传感系统包括发射部分、传输部分、接收部分[39,40]。发射部分把待传输的电信号转换成光信号,接收部分把光信号转换成电信号,传输部分把发射部分发出的光传送到接收部分。
    发射部分的光源产生光信号,它是信息的载波。接收部分的光探测器检测光信号,并将它变换为电信号形式。光纤传输线等效于一对铜导线,其作用是传输载有信息的光信号。随着光纤技术的研究与开发的不断深入,光纤己从作为通信系统的传输线,发展成为测量系统中的各种传感器。但是,无论是光纤通信系统还是光纤测量系统,光源和光探测器都是不可缺少的部件。
    在光纤测量系统中,光源为光纤传感器提供必需的载波。被测物理量通过光纤传感器调制光载波的参数(光强、相位、偏振、频率、波长等),然后由光探测器检测出被调制光波中的有用信号。
此外,在光纤特性及其参数的测量系统中,光源和光探测器也起着重要作用。例如,在光纤色散的测量中,光源的谱宽决定材料的色散大小[41]。在光纤衰减测量中,光源的中心波长决定光纤衰减量。因此,在光纤特性及其参数测量中,要根据测量的目的,来选择不同的光源和光探测器。   
从广义上讲,凡是采用了光导纤维的传感器均可称为光纤传感器。其一般形式利用光纤本身的特性或外加敏感元件,将外界待测信号的变化调制成光参数变化,并由光纤传输该信息到光电探测器,通过检测被调制的光参数的变化来检测出待测信号。


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