摘 要：近年來，傳感器在朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展。光纖傳感器倍受青睞，測溫系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。它為人類的通訊帶來了發(fā)展契機(jī)。文章從智能化光纖傳感器系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r出發(fā)，通過對其工作原理、發(fā)展特點(diǎn)等的基本了解，從而掌握其設(shè)計及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能化；光纖傳感器；工作原理；設(shè)計

引言

光纖傳感器技術(shù)是正在迅速發(fā)展起來的一項新技術(shù)，在智能化的光纖傳感器系統(tǒng)的發(fā)展過程中，光纖傳感器作為光纖應(yīng)用的一大發(fā)展領(lǐng)域，具有適應(yīng)性強(qiáng)、靈敏、精確、小巧、智能化等發(fā)展優(yōu)勢。對于網(wǎng)絡(luò)寬帶、電話等的數(shù)字信息傳輸，在自動化設(shè)備上計數(shù)、識別等起著非常關(guān)鍵的作用。光纖傳感器的應(yīng)用已經(jīng)遍布到人們生活的各個方面。深受廣大人民群眾的喜愛。通過科學(xué)、合理、有效地對智能化光纖傳感器系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，從而不斷地擴(kuò)大其應(yīng)用的發(fā)展領(lǐng)域是非常重要的。

1 智能化光纖傳感器系統(tǒng)的發(fā)展概述

1.1 智能化光纖傳感器系統(tǒng)的基本原理

光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光信號經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化，成為被調(diào)制的信號源，再經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)。其傳感器大體上由出射光纖、入射光纖、光調(diào)制器、光源、光探測器組成。它是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)換、監(jiān)測傳遞功能的一種裝置。當(dāng)光源發(fā)出的光經(jīng)過入射光纖傳輸?shù)秸{(diào)制區(qū)當(dāng)中時，進(jìn)入到調(diào)制區(qū)內(nèi)的光源便會與外界相關(guān)的被測參數(shù)進(jìn)行比對，產(chǎn)生相互作用。緊接著，便會將發(fā)生變化的相位、頻率、光強(qiáng)等進(jìn)一步調(diào)制成為相應(yīng)的信號光，從而通過出射光纖進(jìn)一步傳輸?shù)焦馓綔y器上。從而實(shí)現(xiàn)信號之間的傳遞、轉(zhuǎn)換。從嚴(yán)格的意義上來講，它便指的是用于檢測被測物體某種信號的一種傳感儀器裝置。它是處于傳輸處理系統(tǒng)和研究對象之間的一種接口裝置?？梢詫?shí)現(xiàn)感知、獲取、檢測、轉(zhuǎn)換等功能。

1.2 智能化光纖傳感器的發(fā)展特點(diǎn)

光纖傳感器是上世紀(jì)七十年代中期隨著光纖和光通信技術(shù)迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一種采用光纖的新型傳感器，是以光作為被測敏感信息的傳輸途徑，以光纖作為傳遞被測敏感信息的介質(zhì)，它同時具有光纖及光學(xué)測量的特點(diǎn)。光纖傳感器可測量位移、速度、加速度、液位、應(yīng)變、壓力、流量、振動、溫度、電流、電壓、磁場等物理量，也可以測量氣體濃度、酸堿度等化學(xué)量，還有生物量等。由于光纖的頻帶寬，可用于遙測遙控，是一種良好的敏感元件，隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷變化發(fā)展，我國逐漸在朝著智能化、創(chuàng)新化的方向發(fā)展。就其智能化光纖傳感器系統(tǒng)而言，具有其獨(dú)特的發(fā)展特點(diǎn)。

（1）抗電磁干擾與信號串?dāng)_能力強(qiáng)，靈敏度高，電絕緣的性能優(yōu)良；（2）幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性，可以制成任意形狀的光纖傳感器；（3）具有與光纖遙測技術(shù)的內(nèi)在相容性；（4）智能化光纖傳感器可以進(jìn)一步用于高溫、腐蝕、電氣噪聲、高壓等的惡劣環(huán)境中；（5）智能化光纖傳感器系統(tǒng)可以用于制造各種如溫度、聲、磁、旋轉(zhuǎn)等物理信息的傳感儀器。

1.3 智能化光纖傳感器的基本分類

1.3.1 按照其檢測對象進(jìn)行劃分。按照其檢測對象進(jìn)行劃分，大體上將智能化光纖傳感器分為氣體傳感器、位移傳感器、輻射傳感器、光譜傳感器、溫度傳感器、流速傳感器等等。每一種所實(shí)現(xiàn)的功能是不盡相同的，但均是作為一種良好的信息轉(zhuǎn)換裝置來工作。

1.3.2 按照其調(diào)制原理進(jìn)行劃分。智能化光纖傳感器按照調(diào)制原理進(jìn)行劃分，其大體上可以分為偏振態(tài)調(diào)制光纖傳感器、強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器、相位調(diào)制光纖傳感器、波長調(diào)制光纖傳感器、頻率調(diào)制光纖傳感器等。

2 智能化光纖傳感器系統(tǒng)的設(shè)計要求

2.1 智能化光纖傳感器系統(tǒng)探測信號的質(zhì)量良好

在進(jìn)行智能化光纖傳感器系統(tǒng)的設(shè)計過程中，保障其探測信號的質(zhì)量良好是非常重要的。其在傳輸過程中，根據(jù)特性參數(shù)隨著時間的變化過程中波動要小。不存在老化及滯后現(xiàn)象的出現(xiàn)。除此之外，在進(jìn)行信號的傳輸過程中，要方便進(jìn)行信號的處理，且易傳輸信號。

2.2 設(shè)計過程中要考慮優(yōu)良的變換功能

在進(jìn)行智能化光纖傳感器的設(shè)計過程中，要充分地考慮其相應(yīng)的變換功能。要具備時間的穩(wěn)定性要求、動態(tài)變換的范圍要廣。對于降低電氣噪聲等的性能要高。重復(fù)性能好、靈敏度高等優(yōu)良的變換功能。

2.3 與相應(yīng)的待測信號之間的匹配性能要高

在相關(guān)的光纖傳感器的設(shè)計過程中，對于其抗干擾的能力要進(jìn)一步加強(qiáng)。除此之外，要充分地達(dá)到不受外界環(huán)境影響的優(yōu)良效果。有效地保證其與待測信號之間的匹配性。

3 智能化光纖傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用研究

3.1 在土木工程中的應(yīng)用

隨著光纖傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，土木工程領(lǐng)域光纖傳感器得到了廣泛的應(yīng)用，主要用來測量混凝土結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)部應(yīng)力，檢測大型結(jié)構(gòu)、橋梁健康狀況等，它可以黏貼在結(jié)構(gòu)物表面用于測量，同時也可以通過預(yù)埋實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部物理量的測量，利用預(yù)先埋入的光纖傳感器，可以對混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷過程中內(nèi)部應(yīng)變的測量，再根據(jù)荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線斜率，可確定結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的形成和擴(kuò)展方式。通過混凝土實(shí)驗(yàn)表明，光纖測試的載荷-應(yīng)變曲線比應(yīng)變片測試的線性度高。

3.2 應(yīng)用于金屬絲楊氏模量的測量

在光纖傳感器的應(yīng)用發(fā)展過程中，對于金屬絲楊氏模量的測量是應(yīng)用非常廣泛的。不僅操作相對簡單，而且有效地提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確度和精確性要求。在測量的過程中，通過將金屬絲受到作用力之后產(chǎn)生的微小形變，通過借用智能化光纖傳感器進(jìn)一步將其放大到若干倍。最終通過進(jìn)一步計算得到楊氏模量。

3.3 在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)的發(fā)展過程中，最主要是針對大型電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子、高壓變壓器等相關(guān)電氣設(shè)備的溫度的測定。而在測定過程中，由于電力系統(tǒng)類的傳感器件在測量時會相應(yīng)地受到磁場等的干擾，進(jìn)而會導(dǎo)致其測量結(jié)果不準(zhǔn)確，因此便會引發(fā)一系列的后果。對于其發(fā)展是非常不利的。因此，在其測量的過程中，采用智能化光纖傳感器是非常必要的。采用智能化的光纖傳感器系統(tǒng)不僅可以對電力系統(tǒng)周邊的環(huán)境做出相應(yīng)的感應(yīng)，還會在一定程度上避免磁場的干擾。除此之外，光纖作為一種光波信號距離傳輸?shù)拿浇?，可以有效地利用外界因素引起的相?yīng)變化，從而進(jìn)行溫度、磁場、頻率、相位等物理量的感知。

3.4 應(yīng)用于檢測技術(shù)

光纖傳感器廣泛應(yīng)用于航天（包括飛機(jī)及航天器各部位壓力測量、溫度測量、陀螺等）、航海（聲納等）、石油開采（液面高度、流量測量、二相流中空隙度的測量）、電力傳輸（高壓輸電網(wǎng)的電流測量、電壓測量）、核工業(yè)（放射劑量測量、原子能發(fā)電站泄露劑量監(jiān)測）、生物醫(yī)學(xué)（醫(yī)用溫度壓力、顱內(nèi)壓測量、微創(chuàng)手術(shù)、一次性探頭）科學(xué)研究（地球自轉(zhuǎn)）。

4 結(jié)束語

綜上所述，光纖傳感器具有一些常規(guī)傳感器無可比擬的特點(diǎn)具有廣闊的發(fā)展前景，它是現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展方向之一，普遍受到社會相關(guān)企業(yè)單位的高度重視。通過上述的研究分析可以發(fā)現(xiàn)，其智能化光纖傳感器在土木工程、電力工程、石油化工行業(yè)的發(fā)展中扮演著非常重要的角色。不斷完善相關(guān)的設(shè)計準(zhǔn)則、開拓新市場，拓寬市場發(fā)展領(lǐng)域，對于智能化光纖傳感器的發(fā)展有著重大發(fā)展意義。

參考文獻(xiàn)

[1]葉順廠，王幸國，胡碩臻，等.光纖光柵傳感器在稱重系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].傳感器世界，2014，01.

[2]何道青.傳感器與傳感器技術(shù)[J].北京：科學(xué)出版社，2004，8.

[3]吳曉靜.光纖故障定位系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].河北科技大學(xué)，2013（12）.

作者簡介：黃孫新（1982，6-），男，漢族，籍貫：海南，學(xué)歷：本科，職稱：中級，研究方向：電力通信。