感應光纖傳感器原理與應用及發展
科技專論
作者：張君善
【摘 要】近年來隨著感應光纖傳感技術的應用和推廣，感應光纖傳感器越來越為人所知，且應用極為廣泛。本文主要論述了感應光纖傳感器的基本原理、應用及其發展，望對今後感應光纖傳感器的研究有一定幫助。
【關鍵詞】感應光纖傳感器；傳感器原理；應用；發展
1.引言
由於各行各業對高效率高水平操作的需求，隨著光導纖維和光纖通信技術的發展，光纖傳感技術應運而生。作為一門較為嶄新的技術手段，光纖傳感技術具有抗電磁幹擾性強、靈敏度高、電絕緣性能好、安全可靠、耐腐蝕等優點，並在眾多領域具有廣闊的前景，如航天、航海、石油開采、電力傳輸、核工業、醫療、科學研究等。隨著密集波分複用DWDM技術、摻餌光纖放大器EDFA技術和光時分複用OTDR技術的發展和成熟，光纖傳感技術正向著更為高速、大容量的方向發展。當前，感應光纖傳感技術的研究已經成為各領域開發的熱點與關鍵。本文主要介紹了感應光纖傳感器的基本原理及其優點，對它的應用進行適當歸納，並分析感應光纖傳感器的發展趨勢。
2.感應光纖傳感器的基本原理
感應光纖傳感器主要由感應光源、入射光纖、出射光纖、調製器、探測器以及解調器組成，其基本工作原理是將從光源感應到的光通過光纖送入調製器，當待測參數與進入調製區的光相互作用之後，光的性質將會發生化學變化成為可被調製的信號光，這裏主要被轉換的有光的強度、波長、頻率、相位等，這些信號光經過出射光纖進入探測器和解調器，最後可得到被測參數。
感應光纖傳感器依據傳感原理可分為功能型和傳光型。功能型感應光纖傳感器主要是利用光纖本身的某種敏感特性或功能支撐，而在傳光型感應光纖傳感器中，光纖隻用於傳輸光，這種傳感器是在光纖端麵或中間加裝其他的敏感元件來分析被測物的變化。與傳光型感應光纖傳感器相比，功能型的感應光纖傳感器中的光纖除了作為導光媒介外，還充當敏感元件，具有結構緊湊、靈敏度高的優點，而傳光型的傳感器卻具有成本較低的優勢，且更為實用化。
3.感應光纖傳感器的應用
感應光纖傳感器的應用越來越貼近人們的生活，在社會各個領域應用廣泛，如工業生產、醫療衛生、國防工程等，以下將從城市建設、電力、石油開采、環境監測、醫學領域幾個方麵對感應光纖傳感器的應用進行論述。
3.1城市建設的應用
在現代城市建設中，橋梁、大壩、核電站等大型建設項目都采用了光纖傳感技術，尤其是在橋梁的檢測中更具有明顯的優勢。傳統的橋梁檢測是以電檢測方法為主，需要大量的人力和物力，無法做到實時監測。感應光纖傳感器在橋梁檢測中，主要是利用光纖對某些特定的物理量敏感的特性，將外界物理量轉換成可直接進行測量的的信號，我們把感應光纖傳感器埋入橋梁中，對橋梁內部的應力、應變以及結構損傷進行測量。目前，國內外諸多國家紛紛在橋梁、大壩登封大型民用基礎設施的安全監測中采用感應光纖傳感器，取得了令人鼓舞的進展。
3.2電力係統的應用
在電力係統中，我們常常要對係統中的溫度、電流等參數進行測定，感應光纖傳感器因其抗電磁幹擾、電絕緣、高靈敏度等優點，對電力係統的參數測定具有明顯優勢，如對高壓變壓器和大型電機的定子、轉子內的溫度檢測等方麵。
3.3石油化工的應用
目前，我國對油田的開采已進入高含水開采階段，由於原有中的含水率達到八成以上，而傳統的測量工具分辨率較低，不能完全滿足油田開發的需要，由於感應光纖傳感器的抗電磁幹擾、電絕緣、耐腐蝕、壽命長以及對被測物影響較小等優點，非常適用於石油化工的開采。感應光纖傳感器主要對流體流量、溫度、壓力、含水率、含氣率、密度自然伽馬、VSP和光學電視進行測量。