全球光纖傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀

光纖傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀

全球光纖傳感技術(shù)發(fā)展始于1977年，近年來，在機(jī)械、電子儀器儀表、航天航空、石油、化工、食品安全等領(lǐng)域的生產(chǎn)過程自動(dòng)控制、在線檢測(cè)、故障診斷等方面，得到了發(fā)展和推廣。美國光纖傳感器研究起步早，光纖傳感技術(shù)在為先進(jìn)，代表著的光纖傳感器區(qū)域市場(chǎng)。從2012年到2017年間，全球光纖傳感器(包括點(diǎn)分式和分布式)消費(fèi)值的平均年增幅高達(dá)20.3%。美國占據(jù)全球光纖傳感器的絕大部分市場(chǎng)份額。同時(shí)，預(yù)計(jì)2015-2020年，亞太地區(qū)將以12.7%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率成為增速快的市場(chǎng)。近年來，中國成為亞太地區(qū)的光纖傳感產(chǎn)品應(yīng)用市場(chǎng)。2011年交通及石化行業(yè)的光纖火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模在2億元水平，電力設(shè)備光纖傳感溫度檢測(cè)及應(yīng)用規(guī)模達(dá)到2億元水平，光纖傳感環(huán)境監(jiān)測(cè)、光纖陀螺產(chǎn)品市場(chǎng)達(dá)到2億元水平，光纖周界市場(chǎng)在0.5億元水平。

光纖傳感器由光源、入射光纖、出射光纖、光調(diào)制器、光探測(cè)器以及解調(diào)制器組成。基本原理是將光源的光經(jīng)入射光纖送人調(diào)制區(qū),光在調(diào)制區(qū)內(nèi)與外界被測(cè)參數(shù)相互作用,使的光學(xué)性質(zhì)(如強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏正態(tài)等發(fā)生變化而成為被調(diào)制的信號(hào)光,再經(jīng)出射光纖送入光探測(cè)器、解調(diào)器而獲得被測(cè)參數(shù)。

傳感型光纖傳感器的結(jié)構(gòu)相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單,可少用一些耦合器件,但對(duì)光纖的要求較高,往往需采用對(duì)被測(cè)信號(hào)敏感、傳輸特性又好的特殊光纖。目前為止,實(shí)際中大多數(shù)采用前者,但隨著光纖制造工藝的改進(jìn),傳感型光纖傳感器也必將得到廣泛的應(yīng)用。

光纖傳感器具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高由于光是一種波長(zhǎng)極短的電磁波,通過光的相位便得到其光學(xué)長(zhǎng)度。以光纖干涉儀為例,由于所使用的光纖直徑很小,受到微小的機(jī)械外力的作用或溫度變化時(shí)其光學(xué)長(zhǎng)度要發(fā)生變化,從而引起較大的相位變化

光纖傳感器原理就是把來自光源的光通過光纖來傳送到調(diào)制器里邊，以便于待測(cè)參數(shù)和進(jìn)入到調(diào)制區(qū)的光可以相互作用，這樣一來光的光學(xué)性質(zhì)就會(huì)發(fā)生變化，即稱為被調(diào)制的信號(hào)光，再利用被測(cè)量對(duì)光的傳輸特性施加的影響來完成測(cè)量工作。換一種說法就是光纖傳感器主要作為人們的耳目去接收人的感官所感受不到的外界信息，所以它經(jīng)常被使用在檢測(cè)這方面的工作上。

事實(shí)上，光纖傳感器如果按照它的測(cè)量原理又可以劃分為兩種。一種就是專門利用光纖對(duì)環(huán)境變化的敏感性，可以把輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)，它的工作原理就是利用光纖的光調(diào)制效應(yīng)，只要通過測(cè)量的光纖的光相位、光強(qiáng)變化就能夠知道被測(cè)量物理量的變化了。而另一種就是由光檢測(cè)元件和光纖傳輸回路所組成的測(cè)量系統(tǒng)，在這里光纖僅僅是光的傳播媒介而已，所以又被稱為結(jié)構(gòu)型光纖傳感器。