光纖傳感器的今日與發(fā)展 2011-06-03 22:18:05來源:互聯(lián)網(wǎng)
本文報(bào)道了光纖國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀。主要介紹了兩方面的情況：光纖傳感器原理性研究的發(fā)展現(xiàn)狀和光纖傳感器產(chǎn)品的應(yīng)用與開發(fā)的現(xiàn)狀。前者報(bào)道了光纖光柵、分布式光纖傳感技術(shù)以及光纖傳感網(wǎng)的發(fā)展，這些是目前的研究熱點(diǎn)；后者介紹了光層析成像技術(shù)、智能材料、光纖陀螺及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、工業(yè)工程類傳感器（其中包括電力工業(yè)用高電壓、大電流傳感器，利用光纖的彈光效應(yīng)和FBG器件的應(yīng)力傳感器等）。最后介紹了新型光纖材料與器件、氟化物玻璃光纖，碳涂覆光纖、以及正在研究中的蜂窩型波導(dǎo)光纖、液晶光纖等。
一、引言
隨著密集波分復(fù)用DWDM技術(shù)、摻鉺光纖放大器EDFA技術(shù)和光時(shí)分復(fù)用OTDR技術(shù)的發(fā)展和成熟，光纖通信技術(shù)正向著超高速、大容量通信系統(tǒng)的方向發(fā)展，并且逐步向全光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。在光通信迅猛發(fā)展的帶動(dòng)下，光纖傳感器作為傳感器家族中年輕的一員，以其在抗電磁干擾、輕巧、靈敏度等方面獨(dú)一無二的優(yōu)勢，已迅速成長為年成交額超過10億美金，并預(yù)計(jì)將于2010年擁有超過50億美金市場的產(chǎn)業(yè)。每年由美國光學(xué)工程師學(xué)會(huì)(OSA)主辦的光纖傳感國際會(huì)議（OFS）及時(shí)報(bào)道著光纖傳感領(lǐng)域的最新進(jìn)展，并對光纖傳感及其相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行有益的研討。
當(dāng)前，世界上光纖傳感領(lǐng)域的發(fā)展可分為兩大方向：原理性研究與應(yīng)用開發(fā)。隨著光纖技術(shù)的日趨成熟，對光纖傳感器實(shí)用化的開發(fā)成為整個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)和關(guān)鍵。由于光纖傳感技術(shù)并未如光纖通信技術(shù)那樣迅速地獲得產(chǎn)業(yè)化，許多關(guān)鍵技術(shù)仍然停留在實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)階段，距商業(yè)化有一定的距離，因此光纖傳感技術(shù)的原理性研究仍處于相當(dāng)重要的位置。由于很多光纖傳感器的開發(fā)是以取代當(dāng)前已相當(dāng)成熟，可靠性和成本已得到公認(rèn)，并已經(jīng)被廣泛采用的傳統(tǒng)機(jī)電傳感系統(tǒng)為目的，所以盡管這些光纖傳感器具有如電磁絕緣、高靈敏度、易復(fù)用等諸多優(yōu)勢，其市場滲透所面臨的困難和挑戰(zhàn)是可想而知的。而那些具有前所未有全新功能的光纖傳感器則在競爭中占有明顯優(yōu)勢，F(xiàn)BG和其它的光柵類傳感器就是一個(gè)最好的例證。當(dāng)前的原理性研究熱點(diǎn)集中于光纖光柵（FBG和LPG）型傳感器和分布式光纖傳感系統(tǒng)兩大板塊。
FBG型光纖傳感器自發(fā)明之日起，已走過了原理性研究和實(shí)驗(yàn)論證的百家爭鳴階段。目前成熟的FBG制作工藝已可形成小批量生產(chǎn)能力，而研究的焦點(diǎn)也轉(zhuǎn)向解決高精度應(yīng)用，完善解調(diào)和復(fù)用技術(shù)，以及降低成本等幾個(gè)方向上。另一方面，由于光纖傳感器具有將傳輸與傳感媒質(zhì)合而為一的特性，使得沿布設(shè)路徑上的光纖可全部成為敏感元件，因此，分布式傳感成為光纖傳感器與生俱來的優(yōu)點(diǎn)。
對于光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用研究主要有以下四大類：光（纖）層析成像技術(shù)（OCT，OPT）、智能材料（SMART MATERIALS）、光纖陀螺與慣導(dǎo)系統(tǒng)（IFOG，IMIU ）和常規(guī)工業(yè)工程傳感器。另外，由于光纖通信市場需求的帶動(dòng)以及傳感技術(shù)的特殊要求，新型器件和特種光纖的研究成果也層出不窮。
目前，我國的光纖傳感器研究大多數(shù)集中于大專院校和科研單位，仍然未完成由實(shí)驗(yàn)室向產(chǎn)品化的過渡。其中，比較成熟的技術(shù)包括：清華大學(xué)光纖傳感中心與總后合作研制開發(fā)的光纖油罐液位與溫度測量系統(tǒng)，已經(jīng)安裝運(yùn)行數(shù)年；北京航空航天大學(xué)與總裝合作研制的光纖陀螺系統(tǒng)，目前指標(biāo)為0.2°/hr ； 中國計(jì)量學(xué)院研制的分布式光纖傳感系統(tǒng)，已有產(chǎn)品報(bào)道；華中理工大學(xué)與廣東某公司聯(lián)合研制的強(qiáng)電壓、大電流傳感系統(tǒng)。此外，在廣東、深圳等地，還建立了許多光纖無源器件生產(chǎn)廠家。由于光纖傳感器未能跨越產(chǎn)品化的門檻，并未象光纖通信產(chǎn)業(yè)那樣成指數(shù)型增長，許多與我們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的傳感器產(chǎn)品（如交通管理、警報(bào)裝置等）和大量的測試儀器依然依賴于進(jìn)口，