光纤传感技术论文范文

光纤传感技术论文范文第1篇

关键词：光纤传感；军队人才培养；课程建设与改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）09-0065-04

一、引言

光纤传感技术是一门基础理论与工程应用紧密结合、理论与实践能力并重的系统学科，既要求学员有扎实的光学、电学基础，又要求学员能够摆脱课本的束缚、根据实际工程应用灵活运用已学到的知识。为适应这一形势，2006年以来，我们针对技术类本科生、军事指挥类本科生、硕士研究生和博士研究生的不同特点和未来适应部队工作的不同要求，建立了光纤传感技术系列课程。

作为一门应用学科，“学以致用”是光纤传感技术系列课程的特色之一。为此，课程建设非常注重学员对课程知识的实践应用能力培养，在教学实践中，结合课程特点和授课对象的学习特点，大力推进教学方法与手段的研究改革，在多层次一体化课程体系建设、教学方法与手段改革、创新人才培养、教师队伍建设等方面取得了较大成绩，下面分别进行介绍。

二、光纤传感技术多层次一体化课程建设

我校早在上世纪90年代就开设了《光纤传感技术》课程，并作为光纤传感专业研究生的必修专业基础课，为培养光纤传感技术人才起到了不可替代的作用。然而随着光纤传感技术在现代化信息战争中的应用越来越广泛，部队对光纤传感专业的人才数量和质量要求越来越高。我校原有的只针对研究生展开的《光纤传感技术》课程已经远远不能适应培养部队所需人才的紧迫要求。从2004年开始我院开始酝酿对光纤传感技术课程进行深入改革，将授课对象拓展到全校本科生和本院研究生，并从2006年开始实行。经过6年多的系统建设，最终建立起了完备的多层次光纤传感系列课程。

由于本科生和研究生、本专业和非本专业学员、技术类和军事指挥类学员的知识基础和应用方向差异太大，如何科学划分课程层次、清晰明确课程内容、准确定位课程目标是光纤传感系列课程建设的重点和难点。

在广泛调研军队需求、不同类别学员的知识积累和兴趣及国内外学校同专业的课程设置基础上，我们建立起了分别面向本科生和研究生、技术类和军事指挥类、本院专业和全校学员的光纤传感系列课程。新增了技术类《光纤传感技术》、军事指挥类《光纤传感技术》，面向全校本科生专题研讨课《基于虚拟仪器的光纤传感技术》三门课程，原有针对研究生的《光纤传感技术》则改为《光纤传感系统》[1，2]。

（一）建立起针对本院技术类本科生的《光纤传感技术》课程内容体系，以“扎实广泛的技术基础为核心，典型的系统应用为亮点”

考虑到授课学员在学习本课程之前已经在《光纤通信》、《光电检测技术》等课程中对光纤和光纤器件等有初步了解，在本课程中首先介绍光纤传感技术的概念和内涵，然后针对光纤传感系统的特点，介绍光纤、光纤器件、光纤传感原理和光纤传感信号解调原理。这四部分内容涵盖了强度型、偏振型、波长型、相位型和分布式光纤传感的系统构成、传感原理和关键技术，为光纤传感基础知识，具有信息量大、知识点多、覆盖范围广泛的特点；最后以2-3种典型的光纤传感系统为例，向学员示范在系统中如何对基础知识进行灵活应用，启发学员根据学到的基础知识来分析理解新型光纤传感系统。

（二）研究生的《光纤传感系统》课程以“系统应用技术为核心，系统设计为亮点”

与原有的研究生《光纤传感技术》相比，新的课程内容和标准进行了大幅度的改革，突出“系统应用”，大幅度削减了光纤传感基础知识，而是以四大类典型光纤传感系统为授课重点。课程中的四大类典型光纤传感系统选取了目前应用最为广泛或技术难度较高的光纤水听器系统、光纤陀螺系统、分布式光纤传感系统和光纤光栅传感系统，针对每一类对其应用背景、系统组成、系统指标和关键技术进行详细分析，构建课本知识到实际工程应用的技术桥梁。在讲解完每一类典型光纤传感系统后，特别设计了光纤传感系统设计环节，要求学员以分组的形式，根据特定应用背景设计出光纤传感系统，阐明系统特色和关键技术。

课程调整所面临的最大难题在于：学习本课程的研究生既包括本校本专业的学员，也包括来自于外院和外校的本科非光信息专业的学员。对于前者，通过本科生阶段的《光纤传感技术》学习已经具备了良好的基础，在新课程学习中应尽量避免内容重复；对于后者，直接学习典型光纤传感系统中的关键技术存在一定难度，需要对光纤传感基础知识进行介绍。为此，在研究生的《光纤传感系统》课程中，首先设定了3个课时对光纤传感基础知识进行回顾和总结，并点明各部分基础知识所涉及的参考书。同时由于使用了与本科生《光纤传感技术》课程同一系列的教材，为解决学员基础参差不齐的难题提供了有效的解决办法，而面向全校的《基于虚拟仪器的光纤传感技术》则为毕业于本校其他专业的研究生学员提供了学习本课程的基础。

（三）军事指挥类本科生的《光纤传感技术》课程以“完善学员知识结构为重点，突出军事应用特色为亮点”，为学员提供装备相关知识基础

课程针对军事指挥类本科学员培训的主要目标，将军事指挥类本科生《光纤传感技术》课程的主要任务确定为拓展军事指挥类学员的知识面，完善知识结构，了解最新军用传感器技术，一方面可以充分发挥我军现有装备的作战效能，另一方面可以掌握外军作战手段，有效克敌制胜。课程简化了基础知识部分内容，扩充了典型光纤传感部分，特别是注重光纤水听器、光纤陀螺和分布式光纤传感器在军事中的应用，并拓展光纤水听器在声纳系统应用中的相关知识，让学员在进行工作岗位后可以更快的掌握相关装备的使用和维护。

（四）面向研究生的《虚拟光纤传感技术》以“引导学员自主学习为核心，激发学员独立思考为亮点”

课程以光纤传感技术中相干检测技术为背景，以虚拟仪器技术为手段，通过一个具体实例为研讨对象，让学员一边学习新知识，一边动手做实验，一边学会自主学习。课程首先在学员高中已经具备的光学知识基础上讲解干涉型光纤传感的基本内容，然后引导学员自习LabVIEW虚拟仪器语言，通过研讨学习心得让学员掌握LabVIEW基本知识，最后要求学员利用所学知识和工具完成光纤传感中一个典型信号处理问题。整个课程以学员自己动手动脑为主，精选了一门易学好用的虚拟仪器语言LabVIEW，使学员可以在四到五次课的时间内学会，并结合光纤传感技术系列课程的建设成果，让学员可以在课程上针对典型的干涉型光纤传感系统进行信号处理实验，一方面提升了学员的学习的积极性，另一方面加强了学员的自信心，并为学员以后的创新实践奠定了基础。

三、教学方法与手段改革

在教学过程中，在教学方法和教学手段上也进行了一系列的改革，使用了大量的新技术、新手段、和新的教学方式。主要体现在以下几个方面：

（一）充分运用科研成果和虚拟仪器技术的特点，增加了大量的课堂演示实验环节

在光纤传感技术系列课程中引入堂演示实验，对于加深学员对知识的理解效果最为明显。在课程建设中，充分利用所在实验室在光纤传感技术研究上的优势，在每门课程讲授中都加入了1～2个课堂演示实验。

与专门的实验课不同，课堂演示实验的侧重点在实验效果上，通常都是完整的光纤系统，包括光源、光传输链路、光接收模块、显示模块等等，并注重演示效果。以往的光纤系统虽然功能性明显，但结构复杂。近年来，课题组所在的实验室在光纤传感系统的工程可靠性研究上投入了大量精力，一些便携式高可靠性的光纤传感集成模块在科研项目中得到广泛应用；这些科研成果的突破使得在课堂上演示一些复杂的光纤传感系统实验成为可能[5]。另一方面，由于虚拟仪器技术在光纤传感技术中的广泛应用，复杂的信号解调可以通过电脑直观的显示在课堂多媒体系统中，“所见即所得”的方式使得课堂演示实验的效果非常直观和可信。以研究生的《光纤传感系统》课程为例，我们选取了光纤光栅应变系统作为课堂演示实验内容。在硬件上，这套系统的光收发模块为集成化的便携式光纤光栅解调仪，采用法兰盘对接可串接起多个光纤传感阵列；而复杂的信号解调系统则全部通过虚拟仪器技术在电脑上软件实现，解调结果直接显示在电脑程序界面中。通过这套系统，我们完整地演示了光纤传感器设计、光纤传输链路构成、复用光纤传感网络、和光纤传感信号解调等多项知识内容，学员普遍反映通过这一演示实验对光纤传感系统有了清晰深刻的了解。

（二）借鉴国外大学相关专业的教学模式，在考核中引入小型综合设计环节，充分考察学员的综合素质

课题组的两位教员具有国外留学的经历，在课程建设中充分参考国外大学在光纤传感技术课程的教学方法，在作业环节引入小型光纤传感综合设计内容，并将其作为课程考核评价标准的一部分，实现对学员综合素质的培养和考核评价。

光纤传感综合设计参考了香港理工大学和英国南安普顿大学的教学经验，以对知识的综合运用为主要考察目标。本科生光纤传感技术采用适当的综合设计题目难度，重视对知识融会贯通和综合应用能力的考察，一般在授课过程中只进行1次；研究生除了要求基础知识综合应用能力，更注重对实际工程应用系统的完整性和前沿问题的拓展性考察[6]，一般则开设2～3次。综合设计作业由学员分组完成，小组内成员根据资料调研、方案设计、报告撰写等工作内容的不同进行明确分工，并推选一位组员参加课堂专门设置答辩环节。

（三）针对授课内容的层次划分和授课对象的学习特点，科学合理设置研讨专题

研讨式教学我校近年来大力推广的教学方式之一。由于光纤传感技术具有经典与前沿相结合、理论与工程应用相结合的特点，在系列课程建设中，课题组在原有研究生《光纤传感技术》的研讨式专题内容基础上，进行了深入的思考和大胆的拓展，将课程中的研讨专题划分为三大类：经典理论知识的研讨、前沿研究的研讨和学位论文研究方法的研讨。

经典理论知识的研讨要求学员在授课之前对相关内容进行预习，并在课堂上对全体学员讲解自己对该问题的理解。如在进行“光纤干涉仪传感系统”的授课时，要求学员预习时弄明白两个问题：什么是随机相位衰落？什么是偏振诱导信号衰落？进行研讨时不要求学员对这两个问题进行深入剖析，但要求学员用精炼的语言阐明问题的物理含义。学员普遍认为这种研讨专题不是特别复杂，通过预习教材即可，但大部分学员会准备PPT课件，且自愿上讲台讲述的学员一般在以往的学习过程中接触过与该专题相关的研究工作，因此在其课件上还会加入自己以往的工作、自己对该问题的扩展认知及自己尚未弄明白的问题等。这种教学效果是在深入了解学员的知识积累基础上，通过巧妙设置研讨专题取得的。

前沿研究的研讨要求学员进行大量的资料查阅，特别是光纤传感前沿研究课题的查阅。对于某一个问题，由于课堂讲授的时间受限或者教材中没有系统的描述，对该问题的课堂讲授可能不够全面，在这种情况下，教师会提供相关信息，要求学员查阅该文献并进行精读，然后在课堂上进行研讨。这种研讨专题分为两种：一种是教师提供明确的检索信息，由学员查阅到该文献后精度文献，分析文献的精华及不足；另一种则是教师提供所要解决的问题，由学员对该问题进行解读，提炼关键检索信息，进行检索后，对检索文献进行初步分析，总结该问题的研究现状。学员反映这种研讨专题的难度稍大于第一种，但一般稍花时间都能解决。

学位论文研究方法的研讨目的在于：无论是本科生还是研究生，在学习完相应的光纤传感技术课程后马上就要投入到学位论文工作中。通过对这类问题的研讨，学员逐渐掌握了在未来从事学位论文研究中必须具备的研究方法，这类的研讨主要培养学员的仿真计算能力和光纤传感系统的设计能力。例如在讲授完光纤光栅的基本理论之后，学员反映耦合模理论的公式很繁琐，难以一眼看出其中的物理特性，为此，我们安排了相关理论的仿真计算研讨，要求学员根据课堂讲授的公式进行理论仿真，计算光纤光栅反射光谱，并绘制带宽、反射率等关键参数随着光栅参数的变化曲线。学员在课堂研讨时要讲述自己的关键参数设置和仿真结果。通过这种研讨方式，学员对光纤光栅的反射谱特性建立了深入的了解，效果远远好于课堂直接讲授相关结论。

根据光纤传感课程层次划分，不同的光纤传感技术课程对三种研讨专题的应用程度也不相同，本科生的光纤传感技术课程以经典理论知识的研讨为主，并设置1～2次前沿研究的研讨；研究生的光纤传感技术课程则以前沿研究的研讨专题和学位论文研究方法的研讨专题为主，对特别重要的概念设置少量经典理论知识的研讨专题。

四、以光纤传感技术课程为支撑的创新型人才培养

光纤传感技术的应用范围极广，一套实用的光纤传感系统可以很庞大很复杂，也可以很小巧灵活。针对这一特点，课题组教师在学院本科生和研究生的各项教学活动中，积极开展与光纤传感技术相关的各项活动。

针对本科生的光纤传感技术系列课程，在授课结束后，在光电设计大赛、毕业设计等教学活动中开设了大量关于光纤传感技术应用的课题，引起学员浓厚的兴趣和广泛的参与热情。一方面，参与光纤传感技术相关的本科毕业设计学员数量大幅度提高。以技术类本科毕业设计为例，2013、2014年参与光纤传感技术相关课题的学生均达到光信息专业学员总数的50%以上。另一方面，学员完成课题的质量也得到大幅度提升，近年来有8名本科生获得学校创新资助，从侧面反映出光纤传感技术课程教学效果的日渐提高。这些竞赛成果也作为评价授课效果的标准之一，并将学员在课外延拓活动中的效果和意见及时反馈到教学过程中[3，4]。

针对研究生的光纤传感技术系列课程，一方面鼓励学员在课程学习的基础上努力拓展研究深度，在光纤传感研究领域不断创新。在课题组所在实验室所培养的研究生中，有3名研究生获得学校创新资助，1名研究生获得湖南省创新资助，其课题都是光纤传感领域的研究重点和难点。此外还有5项研究生参与申请的光纤传感技术相关专利；另一方面，鼓励学员积极参与到与光纤传感技术相关的科研项目中，在实际工程环境中对课程知识进行融会贯通。目前在光纤信息专业的毕业研究生中，参加过光纤传感相关的湖上或海上试验的学员达到95%以上，为其真正走向工作岗位后充分适应部队对光纤传感技术人才的需要积累了宝贵的经验。

五、高素质教师队伍建设

作为教育的重要媒介，教师是活动中的主要因素。教员整体素质的高低，直接影响着教学质量的高低。因此，建立一支教学水平高、结构合理的高素质师资队伍显得尤为重要。

（一）从教学和科研两个方面锤炼教师队伍，使教师的教学水平和科研能力相互促进共同提高

科学研究是教师工作的重要组成部分，是提高教学水平的重要手段，也是提高自身素质的重要途径。对于光纤传感技术系列课程而言，学即能致用是其重要特点之一，教学和科研的相互促进作用尤为明显。课题组全部教员均参加了多个重大科研项目。通过重大科研项目的历练，教员的学术水平得到很大的提高，一方面教员接触了学术前沿，开拓了学术视野，经历了科研实践，在课堂教学中自然会将科研最新成果、专业发展动向带进课堂，另一方面，教员在参与重大科研项目时对光纤传感的技术内容有了更加深刻的认知，对于在课堂上清楚明白的讲好各个知识点至关重要。同时，通过教学活动中对课程内容的反复推敲及与学员之间展开的研讨交流，可以加深教员对技术环节的领悟，甚至激发教员的灵感。通过在科研和教学两个方面同时锤炼，促进教师知识更新和自身进步，提高教师的创新能力和教学质量，将真正做到科研教学一体化。

（二）鼓励教员进行对外交流，充分借鉴国内外同类专业课程的教学经验

课题组有两名教员具有国（境）外留学经历，其他教员也多次参加国内外的学术活动和教学活动交流，在课程建设过程中充分利用了这一优势。在教员已经带回的国外大学教学经验的基础上，鼓励教员在回到学校后仍然定期与留学单位交流，及时获取留学单位最新的课程设置和教学安排信息，并通过交流，不断补充自身的不足，更新课程内容，丰富教学手段，提高自身教学水平。在对外学术活动交流中，有意识的了解其他院校同类专业课程的教学情况，对于感兴趣的单位积极主动与对方联系进行实际考察。活跃的对外交流活动极大地激发了教师的教学热情，并不断提高其教学水平。

（三）加强青年教师的教学技能培训

目前，课题组教员是一支相对年轻化的队伍，很多才刚刚博士毕业，青年教师充满热情，思想活跃，比较了解学员的思想，与学员进行交流方面具有优势。但是，他们大多没有经过系统的教学技能训练，普遍缺乏教学经验。为了使青年教师尽快掌握教学技能，提高业务能力与水平，课题组指定认真负责、教学经验丰富的老教师担当青年教师的导师，对青年教师实行“一对一”的“传、帮、带”指导，指导青年教师备课、编写教案；采取措施督促教员投入足够的精力。教员上岗前，必须经过教研室、系所、学院三级试讲，每次授课必须重新编写教案、编写课件、编制教学日历；在教学过程中，教学指导委员会、督导组、院系领导经常性听查课，督促教学水平的提高。

通过从科研和教学两方面锤炼教学队伍，课题组教员自身水平得到了大大提高，多次在全军和全校获得教学优秀奖，其中获军队院校育才奖1人次，优秀研究生导师奖3次，校本科“研究型”教学比赛三等奖1人次，校研究生教学优秀三等奖1人次，教员在国内教学期刊上发表高水平教学论文10篇，课题组已经成为了一支能独立承担授课任务的高水平教师队伍。

参考文献：

[1]孟洲，胡永明，姚琼，宋章启.《光纤传感技术》研究生课程改革探讨[J].中北大学学报（社会科学版），2007，23（2）：98-100.

[2]孟洲，姚琼，曹春燕，梁迅，张学亮.光纤信息技术本硕博系列课程体系研究与实践探索[J].高等教育研究学报，2012，35（1）：50-53.

[3]周建华，邱琪，周晓军，光纤通信实验教学改革探讨[J].电子科技大学学报社科版，2003，5（2）：89-91.

[4]胡昌奎，杨应平，黎敏，刘辛，易迎彦，光电信息类专业光纤系列课程教学内容与课程体系的改革[J].高等理科教育，2008，（2）：16-18.

光纤传感技术论文范文第2篇

【关键词】感应光纤传感器；传感器原理；应用；发展

1.引言

由于各行各业对高效率高水平操作的需求，随着光导纤维和光纤通信技术的发展，光纤传感技术应运而生。作为一门较为崭新的技术手段，光纤传感技术具有抗电磁干扰性强、灵敏度高、电绝缘性能好、安全可靠、耐腐蚀等优点，并在众多领域具有广阔的前景，如航天、航海、石油开采、电力传输、核工业、医疗、科学研究等。随着密集波分复用DWDM技术、掺饵光纤放大器EDFA技术和光时分复用OTDR技术的发展和成熟，光纤传感技术正向着更为高速、大容量的方向发展。当前，感应光纤传感技术的研究已经成为各领域开发的热点与关键。本文主要介绍了感应光纤传感器的基本原理及其优点，对它的应用进行适当归纳，并分析感应光纤传感器的发展趋势。

2.感应光纤传感器的基本原理

感应光纤传感器主要由感应光源、入射光纤、出射光纤、调制器、探测器以及解调器组成，其基本工作原理是将从光源感应到的光通过光纤送入调制器，当待测参数与进入调制区的光相互作用之后，光的性质将会发生化学变化成为可被调制的信号光，这里主要被转换的有光的强度、波长、频率、相位等，这些信号光经过出射光纤进入探测器和解调器，最后可得到被测参数。

感应光纤传感器依据传感原理可分为功能型和传光型。功能型感应光纤传感器主要是利用光纤本身的某种敏感特性或功能支撑，而在传光型感应光纤传感器中，光纤只用于传输光，这种传感器是在光纤端面或中间加装其他的敏感元件来分析被测物的变化。与传光型感应光纤传感器相比，功能型的感应光纤传感器中的光纤除了作为导光媒介外，还充当敏感元件，具有结构紧凑、灵敏度高的优点，而传光型的传感器却具有成本较低的优势，且更为实用化。

3.感应光纤传感器的应用

感应光纤传感器的应用越来越贴近人们的生活，在社会各个领域应用广泛，如工业生产、医疗卫生、国防工程等，以下将从城市建设、电力、石油开采、环境监测、医学领域几个方面对感应光纤传感器的应用进行论述。

3.1城市建设的应用

在现代城市建设中，桥梁、大坝、核电站等大型建设项目都采用了光纤传感技术，尤其是在桥梁的检测中更具有明显的优势。传统的桥梁检测是以电检测方法为主，需要大量的人力和物力，无法做到实时监测。感应光纤传感器在桥梁检测中，主要是利用光纤对某些特定的物理量敏感的特性，将外界物理量转换成可直接进行测量的的信号，我们把感应光纤传感器埋入桥梁中，对桥梁内部的应力、应变以及结构损伤进行测量。目前，国内外诸多国家纷纷在桥梁、大坝登封大型民用基础设施的安全监测中采用感应光纤传感器，取得了令人鼓舞的进展。

3.2电力系统的应用

在电力系统中，我们常常要对系统中的温度、电流等参数进行测定，感应光纤传感器因其抗电磁干扰、电绝缘、高灵敏度等优点，对电力系统的参数测定具有明显优势，如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等方面。

3.3石油化工的应用

目前，我国对油田的开采已进入高含水开采阶段，由于原有中的含水率达到八成以上，而传统的测量工具分辨率较低，不能完全满足油田开发的需要，由于感应光纤传感器的抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、寿命长以及对被测物影响较小等优点，非常适用于石油化工的开采。感应光纤传感器主要对流体流量、温度、压力、含水率、含气率、密度自然伽马、VSP和光学电视进行测量。

3.4复合材料研究的应用

复合材料的研究已成为航空、建筑、工业等领域的研究热门，由于复合材料的制作过程对其的宏观性能具有重要影响，我们可以考虑采用感应光纤传感器，从复合材料的制造、固化，直至形成的过程中，对应力、应变进行跟踪，将能很好的保证复合材料的宏观性能。另外，将感应光纤传感器看作一种器件埋置于复合材料中，因其高灵敏度的特性，可使得材料智能化，即使对外部环境的变化进行响应。感应光纤传感器的应用将会为智能复合材料的发展奠定良好的基础。

3.5医学领域的应用

感应光纤传感器在医学领域的应用，主要体现在医学临床光纤辐射剂量器、呼吸气流传感系统、FOS氧气浓度测量以及氢氧化物、污染物的测量、光纤表面细胞质粒基因组共振生物传感器、生物适应FOS系统对生化技术和医药研究等方面。在医学领域的应用中，主要依据感应光纤传感器对实时的信号进行处理，并传递给主控台，有利于医护人员对病患的监控和诊治。

4.感应光纤传感器的发展方向

4.1国内外感应光纤传感器的研究进展

在光纤传感技术的研发过程中，美国是第一个提出光纤传感技术的国家，因而感应光纤传感器在美国的民用和军事领域进展十分迅速。日本和西欧等国家在20世纪90年代也逐步开始对光纤传感技术高度重视，在经济电讯领域应用广泛。而我国是在20世纪70年代开始研究光纤传感技术，与世界先进水平相差不多，现已有相当数量的研究成果达到世界先进水准，具有较高的实际应用价值，当然，在感应光纤传感器的商品化和产业化方面，与发达国家具有不小的差距。

4.2感应光纤传感器的发展方向

由于感应光纤传感器的多种优势，以及巨大的潜在应用空间，感应光纤传感器可以从多用途、多材料、多环境、多技术等方面进行研究和发展，尤其研究感应光纤传感器各组成部件的性能，改进各敏感元件的制作工艺和结构，探索新的传感机理，引入微机处理技术，向数字集成化和工程自动化靠拢，使得感应光纤传感器能够扩大应用范围、降低成本，综合利用多项技术，更为全面的完善感应光纤传感器的应用，满足国内市场的需求，从大比重研究转向大比重商品产业化发展。

5.结论

综上所述，感应光纤传感器经过几十年的研究和发展，已经在各领域占有不小的比重，感应光纤传感器的发展满足了各类控制装置及系统对信息获取和传输的需求，实现了工作的自动化，当然现有的感应光纤传感器还不足以完全满足实际的需要，仍需要在不断推广的同时，解决性价比、光纤材料、优化传感机理等问题，才能在真正意思上完成对感应光纤传感器的应用，研制出能够广泛推广的商品化感应光纤传感器，这将会成为今后感应光纤传感器进一步的发展趋势。

参考文献

[1]阮周宁.基于相位载波技术的全光纤分布式传感系统及其稳定性研究[J].仪表技术与传感器，2007（12）：118～119.

光纤传感技术论文范文第3篇

关键词：光纤传感 光纤传感网 微结构 非线性光学 光纤扰动

中图分类号：TN523 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0047-02

光纤传感技术因其具有抗电磁干扰、电绝缘、体积小、易成阵列等优点，自从问世就受到极大重视[1]。光纤传感技术在实际应用中，往往是将各种传感器组成光纤传感网，对多种信号进行测量。但是目前传感器受结构、工艺束缚，系统稳定性较差，光纤传感网技术的应用范围受到限制。随着我国国民经济的飞速发展，各个领域对更高精度、多指标检测方面需求越来越迫切，这就对光纤传感检测系统提出了更高要求。因此，国家将新一代光纤智能传感网与关键器件基础研究列为国家重点基础研究发展计划（973计划），对关键性原理、器件的研究进行重点支持。

新一代光纤智能传感网是一种具有3S（Smart structure 灵巧结构，Smart components 灵巧器件，Smart skill 灵巧技术）功能的系统，具有超长距离传感能力，并且能够智能的实现自寻径、自诊断、自愈等功能。该传感网的研究主要涉及四个关键性科学问题：研究微结构中物质与光波耦合作用的机理；研究基于非线性光学散射效应融合的光纤传感技术；研究基于光纤扰动理论的光纤传感技术；研究光纤智能传感网的优化技术及其应用理论。

1 微结构光纤传感研究

随着光纤传感技术应用领域的扩展、应用场合空间限制等因素，对光纤传感器的尺寸及结构提出了更高的要求，因此需要开展基于新型敏感元件、新原理的光纤传感研究。目前主要的研究方向为新型光子晶体光纤传感和基于光微流体理论的光纤传感。

1.1 新型光子晶体光纤传感

光子晶体光纤（PCF）是一种基于光子晶体特性的新型光纤，主要特点是包层区有许多平行于光纤轴的微孔。目前大部分光纤传感器的敏感元件为普通的光纤，因此存在保偏性差、耦合损耗大等问题，而采用光子晶体光纤的传感器不仅能够克服上述缺点，还具有调谐范围宽、模场面积大、可以多参数测量等优点。据报道，目前利用光子晶体光纤传感器对三聚氰胺的最低检测浓度可以达到0.25 g/L，砒啶的最低检测浓度达到0.004975%，为公共安全及食品安全领域提供了一个新的检测方法。

燕山大学是国内最早开展相关研究的单位之一，在光子晶体光纤的制备与应用方面经验丰富。燕山大学的毕卫红、李建萍等[2]研制了一种双周期光子晶体光纤光栅传感器，该传感器可对折射率及温度进行检测。天津大学在光子晶体光纤领域也开展了相关研究[3-4]，研制了灵敏度为2400 nm/RIU的光子晶体光纤传感器、最高分辨率为4×10-6 RIU的液芯PCF-SPR温度传感器和具有可调谐温度跳变点的温敏光开关。

1.2 基于光微流体理论的光纤传感

基于光微流体理论的光纤传感技术是近些年发展起来的新兴技术，通过检测折射率实现对生物、化学参量的无标记检测，可以检测蛋白质、DNA、病毒等，在医学、食品检测、环境监测等领域具有广阔应用前景。天津大学对以微毛细管为基础的生物传感进行了深入研究。通过在毛细管中添加特殊介质，并采用在内壁涂覆高折射率基质层的方法，可以高灵敏度的进行传感检测。

近年来气体光纤传感越来越受到重视，天津大学的刘琨、刘铁根等[2]基于L波段EDFA构建了光纤内腔气体传感系统，同时串联标准具和光栅为系统提供波长参考，可以对CO2、CO等气体进行浓度检测。针对国家在航空航天方面的重大需求，天津大学研制了基于F-P干涉原理的大气压力解调系统，光纤F-P传感器[4]采用了MEMS微加工、键合封装等技术，解调算法方面，提出了任意极值算法、单色频域法。该系统有望应用于新型战机如J20、J15等，替代基于空速管的大气压力系统，从而达到抗电磁干扰、增强机体隐身性的要求。

2 基于非线性光学散射效应融合光纤传感研究

光纤的非线性效应主要是指拉曼散射效应和布里渊散射效应。光纤拉曼温度传感器可以应用于大型土木建筑、隧道、提坝、电力工程等领域。中国计量学院光电子研究所是国内最早开展相关研究的单位之一。该单位研究的相关系统[5]已经成功应用在许多领域，如在日照港卸煤设备上安装的光纤温度传感网系统，该系统监测到大型运煤翻车机电机过热并进行报警，成功避免了火灾，挽回经济损失1200余万元；部分高铁路段的隧道也应用了相关温度传感系统，对隧道内温度实时监测，预防火警，保障高铁列车的安全运行。

基于布里渊散射的光纤传感技术起步比较晚，但是由于其具有可测量多个物理量（温度、应变等）、传感距离长、易于实现网络化等优点，近年来备受关注。南京大学的胡君辉、张旭苹等[6]研究了一种长距自诊断方法，可以在72 km传感长度实现损坏自诊断。基于布里渊散射的光纤传感系统在工程实际中也被大量应用，例如南京市鼓楼隧道应变分布式光纤监测项目、云南嵩待公路白泥井3号隧道分布式光纤应变监测项目[8]。

3 基于光纤扰动的光纤传感

扰动（振动）是一种典型的动态变量，在军事、建筑、交通等各个领域都是一项重要参数。随着我国经济的快速发展以及国际竞争的加剧，信息安全建设的重要性日益凸显。尤其是2013年6月以来，美国特工斯诺登揭露的“棱镜门事件”深刻揭示了当前信息安全领域存在重大危机。因此保密场所周界环境安全监控、通信线路的安全监控等方面的安全防范措施变得非常重要，光纤扰动技术则可以满足这些需求。

光纤扰动及定位传感网采用的是光纤干涉传感技术，整根光纤都作为传感器，一旦有外界异常现象（压力、拉伸、振动等），将会引起光纤中传输光的干涉强度变化，通过检测这些变化可以实现扰动定位。复旦大学、天津大学、上海理工大学等高校的科研人员针对光纤扰动系统进行了大量研究。在部分军事通信光缆、机场、部队驻扎地等场所已经应用了分布式光纤扰动系统。上海市公安系统也率先应用全光纤侦听设备进行刑事侦查。

4 光纤智能传感网的优化及其应用理论研究

随着光纤传感技术在工程领域的应用，对光纤传感技术提出了新的要求：不但需要针对单一指标组网进行实时准确监测、测量，还需要获得被测对象的全面信息，以便提高监测的准确性，并能够实现对系统自身的自检自愈。

天津大学的张红霞、王舒等提出了一种针对光纤传感网鲁棒性的评价方法。丁振扬、姚晓天等采用去斜滤波器补偿主干涉拍频信号中的非线性相位或相位噪声的方法，使得基于OFDR 技术的光纤传感网空间分辨率提高了近100倍。

目前，多种光纤传感技术融合的传感网已经在实际中得到了应用。天津大学针对航天领域大规模高精度传感器密集排布以及独立空间组网的重大需求，采用光栅光纤温度测量系统、F-P压力测量系统以及声振动测量系统组网，初步完成适应热真空环境的多参量（温度、压力、振动）、多点位、高精度、高密度光纤异构智能传感网的组建。

5 结论

新一代智能光纤传感网是未来光纤传感技术的发展趋势，在国防军事、航空航天、土木工程等领域具有广泛应用前景。众多科研机构均开展了不同器件、基于不同原理的光纤传感技术研究，并取得了一定的应用成果，但是在基于微结构的传感器设计、相关解调算法、系统结构优化方面还有提升的余地。在国家973计划等重大科研项目推动下，光纤传感网技术将会更加成熟，在各个领域将发挥更大的作用，为提升我国在传感及光电子领域中的自主创新能力、增强我国信息产业的国际竞争力、促进国民经济的快速可持续发展做出更多更大的贡献。

参考文献

[1] Guo X，Bi W，Wang L，et al. Simultaneous measurement of refractive index and temperature using dual-period grapefruit microstructured fiber grating[J]. Optik-International Journal for Light and Electron Optics，2013， 124（18）：3371-3374.

[2] Hao C，Lu Y，Fu X，et al.Surface plasmon resonance sensor based on grapefruit fiber filled with silver nanowires[C]//OFS2012 22nd International Conference on Optical Fiber Sensor. International Society for Optics and Photonics，2012：84217C-84217C-4.

[3] Wang R，Yao J，Miao Y，et al. A Reflective Photonic Crystal Fiber Temperature Sensor Probe Based on Infiltration with Liquid Mixtures[J].Sensors，2013， 13（6）：7916-7925.

[4] 刘琨，刘铁根，江俊峰，等.基于波长调制技术的内腔式气体传感研究[J].中国激光，2010，38（1）：105008.

[5] Yin J，Liu T，Jiang J，et al.Wavelength-division-multiplexing method of polarized low-coherence interferometry for fiber FabryPerot interferometric sensors[J].Optics letters，2013，38（19）：3751-3753.

[6] 王剑锋，宏岩，马建东，等.光开关在分布式光纤温度传感系统的应用研究[J].光电子.激光，2010， 21（9）：1291-1293.

[7] Wang Jianfeng，Hong Yan， Ma Jiandong，et al.Application research of optical switch in distributed optical fiber temperature sensor system[J]. Journal of Optoelectronics・Laser， 2010，21（9）：1291-1293.

光纤传感技术论文范文第4篇

Meiliguli

（Xinjiang Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power Research，Urumqi 830049，China）

摘要： 本文分析了新一代光纤光栅传感的基本原理，在坝体模拟槽试验中具体验证了波长变化与温度的关系，研究用于大坝监测的光纤光栅传感器的系统构成，根据其在现实中的应用成功地大规模布设了光栅应变传感器与温度传感器；监测结果表明光纤Bragg光栅传感器监测系统具有良好的稳定性与耐久性，为建筑结构的健康诊断提供可靠的依据，综合以上方面简要的论述了新一代光纤在大坝监测中的应用。

Abstract: This paper analyzed the basic principle of fiber grating sensor with new generation, and the relation between wavelengths change and temperature in dam simulated slot experiment was verified specifically. The research was used for system components of fiber grating sensor of dam monitoring, and grating strain sensors and temperature sensors were successfully set up, according to its application in reality. The monitoring results show that fiber Bragg grating sensor monitoring system has a good stability and durability, which provide reliable basis for health diagnosis of building structure. Review of the above, the application of optical fiber with new generation in dam monitoring was discussed.

关键词： 光纤光栅传感器 大坝监测 应变监测

Key words: optical fiber grating sensors；dam monitoring；strain monitoring

中图分类号：[TN913.7]文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）26-0135-02

0引言

大坝与人民的日常生活具有息息相关的关系，同时，它更在国民经济发展中占据着举足轻重的地位。设想一下：一个庞大的大坝一旦意外失事,因此所造成的人民生命财产安全的损失是不可想像的。因而，大坝的施工具有投资大、效益高、风险大等特点，本文对光纤Bragg光栅的温度应变传感特性进行了简要的分析和试验研究。

1光纤光栅应变传感特性

光纤Bragg光栅传感技术是利用光纤内部传入的光栅反射或是透射波长光谱来进行对其的检测，从而来完成将要被测结构的应变和温度量值的绝对测量变化值。光栅周期和反向耦合模的有效折射率的存在是决定光纤光栅的反射或透射波长光谱的主要因素，因此，凡是能引起光栅周期和反向耦合模的有效折射率发生改变的因素都将造成反射或透射波长的转变。因此即有：ΔλB=2neff。所有能引起光栅Bragg波长改变的内外界因素中,最直接的影响因素应属应变参量的改变。因为无论是对光栅进行那个方向的调整，都必然会导致光栅周期的长短变化。并且光纤本身所具有的性质也会使得有效折射率也随外界应力状态的变化而发生改变，该性质为采用光纤Bragg光栅制成光纤应变传感器提供了最本质的物理性质的理论参考标准。

2新一代光纤传感系统的长期稳定性的要求

光纤传感系统早已在上个世纪就开始应用于国内外医学、物理学、化工、军事和工程各个行业，但是直到本世纪初才在我国的大坝工程上开始较为专业的应用研究，大坝工程的重要性和特殊性决定了它的发展。首先，大坝工程对于百年大计的战略具有这巨大的意义，大坝的安全和人民的生命财产安全休戚相关。其次，同其他领域的同类工程相比较，大坝监测工程监测的时段较久、工作条件十分恶劣，因此，监测系统的长期稳定性要求远远超过了其他各领域的同类工程，这些都是要求新一代光纤传感系统的长期稳定的外表条件。客观地评价，从事大坝监测的专业人员早已在密切地关注着光纤传感系统在其他领域和本领域试验工程实践的应用情况，光纤传感系统可不可以在大坝监测领域特别是大坝监测自动化领域成为一项更新换代的新技术，必须首先考察的重要指标就是技术性能的长期稳定性。根据是否可以利用光纤作调制器为分类依据，光纤传感系统可分为两大类，一类是以点式传感器耦合到一根或多根光纤总线上组成的准分布式光纤传感系统传光型系统；另一类是光纤既作为传感器又作为传输设备的分布式光纤传感系统传感型系统。我们可以明显的看到，传感器性能的长期稳定性是光纤传感领域必须解决的关键课题。经过多年研究语实验，光纤传感器调制的信号已经从早期的强度型、干涉型发展到目前普遍采用的布拉格光栅型。

3光纤光栅温度传感渗漏对大坝检测的影响

光纤光栅温度传感试验出现渗漏的水库大坝，周边出现的问题会导致该处的水通过坝体表面的缝隙渗透到大坝内部，同时在坝体内他们会沿着缝隙进行流动。水在流动的过程之中，此处坝体的温度将会随其发生改变，通过对光纤光栅温度传感器检测出的这个温度变化，我们即可判断出渗漏点发生的位置加以应用。利用多个光纤光栅温度传感器有可能构成分布传感网络，因此可以实现对整个大坝周边缝渗流监测。我们可以从试验结果看出,当大坝发生渗流时，由于温度变化会导致使其中心波长与温度的相关系数增长，但是并没有迟滞现象的发生，相反地，它们却存在很好的线性理论关系。这也正证明了光纤Bragg光栅是一种十分理想的温度传感元，这种结果与理论分析完美的达到了统一。传感器的一致性良好的这种性质，非常有利于对大面积的贴片进行测量以及对实现工程结构的测量。将光纤光栅传感器安装在水槽的下方，水槽尽量采用坝体附近的土石，以便避免外界因素对实验的干扰，更接近实际效果。在模拟试验过程中，我们选择三个不同的渗流点进行二次试水试验，然后观察渗流点处水的前后温度变化过程，将试验数据记录于一根单模光纤上不同位置Bragg光栅所反映出来的温度变化曲线。比较典型的光纤光栅传感系统网络，因为光纤光栅利用波长编码的方式从而实现传感测量的原因，传感网络可采用光开关来对各个通道进行切换，这种方式的开关使各通道互相没有干扰。各个通道可以采用相同波长的光纤光栅传感器阵列，因此使得频带资源得到更有效的使用。当传感器阵列中某个传感器处的监测量某一因素发生改变时，该传感器的中心波长就会灵敏性地发生变化，这种波长的微小变化被采样探测，同时系统将所采样的数据转倒到信号处理中心进行计算分析，从而我们可得到传感器的相关参变量和相应的应变、温度等测量结果。

4系统的组成

此套系统主要是由光纤传感器传播系统、信号传输与采集系统、数据处理与监测系统三部分来构成的。光纤传感器将其测量到的坝体实时状态信号经过信号转倒与采集系统传递到监测中心，在监测中心对测量结果进行相应的处理和判断，以此对坝体的实体健康情况进行评估。如果监测到的重要的健康参数超过于其初步设定的阀值，那监测系统及时地利用信息通知相关的管理机构，以便采取相应的应对措施。

5光纤光栅传感器技术在混凝土面板堆石坝的应用

混凝土面板堆石坝的施工也采用了光纤光栅传感器技术，由于是应用的起始阶段，必然会存在很多工程技术问题，要寻求并解决这些世界性的难题，我们就必须投入更多的人力和经历，通过采用大量的先进技术和工艺，大幅度的提高运作水平。在大坝的安全监测方面，经过综合比较和复杂的分析最终确定采用光纤光栅渗流温度面板应变监测系统。这是一套完整的、具有现代化监测和管理水平的安全监测系统，它能更有效的加强对大坝事故检测及及时缓解措施，充分的体现运行的有效保障和及时对其进行准确监控的特点。

参考文献：

光纤传感技术论文范文第5篇

关键词：BOTDR；温度；变形；分布式传感；冶金设备

中图分类号：TM41 文献标识码：A

1 概述

光纤传感技术是上世纪八十年代伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体，光纤为媒介，感知和传输外界信号（被测量）的新型传感技术，该技术可通过时域技术（OTDR）和复用技术实现了分布式传感测试，为最具前途的分布式传感技术之一。它应用光纤几何上的一维特性，把被测参量作为光纤位置长度的函数，可以在整个光纤长度上对沿光纤几何路径分布的外部物理参量进行连续的测量，同时获取被测物理参量的空间分布状态和随时间变化的信息。分布式光纤传感技术中，光纤既是传感介质，又是信号传输通道，不需要任何传感探头，采用价格很低廉的普通通信光纤就可以作为传感光纤实现传感和信息采集；光纤具体积小、重量轻、几何形状适应性强，植入到监测体中不影响监测体强度；光纤采用光信号为信息媒介，具有信息通量大、传输距离远，抗电磁干扰，特别适合长距离远程监测；光纤传感材料为二氧化硅，具有电绝缘性好，化学稳定性好，特别适合在一些环境恶劣的场所中进行长期监测。

目前基于光纤传感的分布式调制解调技术有：准分布的布拉格光纤光栅解调技术（简称FBG），光时域反射计（简称OTDR）；拉曼散射光时域反射测量技术（简称ROTDR）；布里渊散射光时域反射测量技术（简称BOTDR）和布里渊光时域分析测量技术（简称BOTDA）等，其中准分布布拉格光纤光栅技术是开发最为成熟、应用最为广泛的光纤传感技术，基于布里渊散射技术的分布式传感系统是目前国际上的研发热点，是最具潜力的一种分布式传感技术。正因为分布式光纤传感技术具有众多的独特优势，自问世以来，很快从通信领域中通信光纤光损和断点的检测和监测中脱颖出来，开始在航天、国防、医学等领域得广泛应用。基于布里渊光时域反射技术（BOTDR）的光纤传感技术可实行对应变和温度的测量。具有分布式测量、测试距离长、可植入性强及操作简便等特点，具有传统的传感技术无可比拟的优势。在冶金企业中，有很多大型的设备需要进行变形和温度的监测，BOTDR光纤传感器的独特特点使得其在冶金产业应用中有先天的优势。

2 BOTDR传感原理

利用BOTDR光学解调设备获得光纤上各点的布里渊频移值就可以对光纤的应变和温度值进行测量。为了实现光纤应变与温度的分布式测量，要利用光时域反射技术对光纤传感数据进行空间方位的解析。光时域反射（OTDR）技术是实现分布式光纤传感的关键技术。脉冲光注入光纤后，光子与光纤中的粒子会发生弹性和非弹性碰撞，与脉冲光传播的相反方向就会出现背向散射光，通过测定该散射光的回波时间就可确定散射点的位置。

3 BOTDR技术在冶金设备监测中的应用

将BOTDR技术应用于冶金设备监测中要解决以下问题：

a.传感光纤的选择：对于应变传感和温度传感，要选择相应的传感光纤，应变传感光纤要考虑其长期疲劳效应，温度传感光纤要有良好的长期稳定性。

b.传感光纤的布设方式：应变传感光纤的布设要保证其与被监测设备变形协调，温度传感光纤要确保光纤不受外界变形的干扰。

c.应变监测的温度补偿：由于BOTDR传感技术对温度和应变双重敏感，对于应变测量，要消除温度对应变测量的干扰。

d.监测系统的开发：利用GIS，数据挖掘，小波分析，数值模拟，无线数据传输等技术开发集数据测试、分析处理及预报预警于一体的分布式远程监测系统。

结语

大型冶金设备的分布式实时监控是国际及国内的一大发展趋势，也是一项需要不断攻关的高新技术课题。本文介绍了BOTDR传感技术的基本原理，分析了其在冶金设备监测中的可行性，并提出了以后要解决的问题。BOTDR技术不断发展成熟，其应用前景十分广阔。

参考文献

[1]Ohno H Naruse H Kihara M et al. Industrial applications of theBOTDR optical fiber strain sensor[J]. Optical Fiber Technology 2001 7（1） 45 64

[2]ANDO Electric CO.， LTD. （2001）. “AQ8603 optical fiber strain analyzer instruction manual.”

光纤传感技术论文范文第6篇

【关键词】光纤光栅；Bragg原理；在线检测；切削力

0 引言

随着光纤光栅制造技术的进步和性能的改善，光纤光栅传感器在传感器领域中会处于越来越重要的地位。传统的 “干涉型”光纤传感器缺点日益明显，而以光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating， FBG）为主的光纤光栅传感器最主要的优点是传感信号为波长调制以及复用能力强，避免了干涉型光纤传感器相位测量模糊不清等问题。光纤布拉格光栅感测技术满足了抗电磁干扰强、可靠性高、易于实现数字通讯方面的测试要求，在切削系统测试数据的自动化管理等方面有广阔的应用前景。

本文首先对基于Bragg原理的光纤光的理论和工作原理作了具体的介绍；然后从技术路线方面分析了在线切削测量主要环节的技术核心；最后对切削力指数公式进行了曲线拟合，得出均方差值，验证了测量重复性；光纤光栅在线检测方法为切削力的精确测量提供了保障，在现代化机加工领域起着重大的作用。

1 基本理论

2 测量原理

光源将某个特定波长的光传输到光纤中，例如，波长的范围在1310nm～1390nm。刻写在光纤内部的布拉格光栅反射该特定波长的光，这部分的光被传输到解调仪中，而另一部分没有被布拉格光栅反射的光到达了光纤的另一端。当光纤Bragg光栅的某一部分受到切削力时，切削力会改变布拉格光栅反射的光的波长，有效折射率neff和光栅平面的周期间隔？撰会受到应力及温度T的影响，引起反射光波长的偏移，波长由λB增加到λ'B。从式（6）可以看出光栅对应变和温度的影响是不一样的。实际应用时，测力装置粘贴FBG位置远离刀尖，几乎不受切削热影响，因此认为FBG的温度不变化，波长的偏移量λB只受切削刀具应变改变的影响，则光纤光栅反射波长的偏移可用式（7）表示。如图1所示为光纤Bragg光栅感测原理图。

3 系统设计与技术分析

通过建立并标定光纤Bragg光栅的应变响应与切削力产生的应变的关系，由Bragg波长的变化测量出应力的变化。光纤布拉格光栅感测系统由光源、FBG、光学变换、光电探测、解调滤波器、PC机、网口和显示输出装置组成，光纤光栅解调最直接的方法是利用虚拟光谱仪。系统的基本构成如图2所示。

加工过程中产生的切削力通过刀杆传递给测力装置内嵌的弹性元件，弹性元件表面粘贴的FBG采集应变量信息，刀具切削引起的应变ε作用于光栅上。同时，光源将光入射到光纤中，由于纤芯折射率周期性变化，使光纤中向前和向后传输的电磁波耦合。光栅周期？撰发生变化，这样就改变了中心布拉格波长λB的大小。布拉格的中心波长λB光谱峰值的移动通过光谱仪中的成像反光镜成像在阵列接收器的接收面上，形成光谱谱面。让整个光谱中任一个微小谱带照射到光电探测器的像元上，探测器将移相后的光信号转换成电信号。然后经过解调滤波，由PC机进行数据处理和分析，最后显示器显示输出或者通过网口实现远传，就可以直接在计算机上确定应力σ的数值。

4.2 测力系统重复性分析

为了验证相同切削用量条件下测量结果的可重复性，试验中主轴转速取200r/min，刀具进给量0.13mm/r，切削深度为0.25mm进行动态切削实验。x、y、z三个方向加载后应变值的测量数据见表5。

5 结论

研究结果表明，Bragg光栅光纤切削力在线检测的测量结果的均方差值很小，测量精度高、可重复性好、分辨能力强。Bragg光栅调制技术创造性地将传感、在线检测、远传原有的技术有机组合，是一种新型的创新技术。接下来的工作将致力于光纤光栅的温度补偿领域，从而使这种先进的技术能够更有效、广泛的应用于高温机加工等工作温度环境十分恶劣的条件。

【参考文献】

[1]刘兆妍，雷振山.应用光纤光栅和虚拟仪器的切削力测量技术[J].工具技术，2005，39（10）：3.

光纤传感技术论文范文第7篇

本文通过实验分析了多模光纤带宽对分布式光纤测温系统空间分辨率的影响。实验结果表明，多模光纤带宽处于500MHz*Km至6000MHz*Km范围内时，测温系统空间分辨率呈现先升高，后下降的趋势。为进一步通过优化光纤指标来提高分布式光纤测温系统的系统指标提供了数据支持。

【关键词】分布式光纤测温系统 光纤带宽 空间分辨率

1 引言

传统温度传感器由于测量原理的限制，易受外界环境，特别是电磁干扰的影响，无法长时间连续测量。使用光纤光栅等新型点式光学温度传感器，由于成本的限制，无法实现真正的分布式测量，限制了其应用范围。

近年来，使用普通光纤作为传感介质的新型光学传感器由于具有本征无源，抗电磁干扰，响应快速等特点，逐步取代了传统的探测方法，成为研究的热点。

同时，分布式光纤测温系统受激光脉冲在光纤中的展宽等因素的影响，空间分辨率指标无法得到有效提升。传统的方式是通过压缩入射光脉冲宽度，提高脉冲光峰值功率的方式来提高系统的空间分辨率，但此方式实现难度较高，并不能无限压缩光脉冲宽度，并且随光脉冲宽度的降低，加工难度和成本也随之大大提高，限制了系统的实际应用效果和应用范围。

本文在前期研究的基础上，利用已有的分布式光纤测温系统，展开了相关实验研究。测量了多种不同带宽光缆对应空间分辨率指标，并做了相关数据分析。试验结果表明：光纤的带宽对分布式光纤测温系统空间分辨率有较大影响，并在500MHz*km至6000MHz*Km范围内呈现先升高后降低的趋势。

2 实验原理与系统

系统基本架构如图1所示；

系统的工作过程如下：分布式光纤温度传感系统工作时，在同步控制单元的控制下，脉冲驱动电路产生电流脉冲，该脉冲驱动半导体激光二极管产生的光脉冲注入到激光器尾纤中，从激光器尾纤输出的光脉冲经过光路再进入传感光纤。光在光纤中发生散射后，其携带有温度信息的拉曼后向散射光返回到波分复用系统，波分复用系统不但可以将发射的光直接耦合进光纤，而且可以将散射回的不同于发射波长的斯托克斯和反斯托克斯光分离后送入两个光电探测器。光电探测器将光信号转换成电流信号，电流信号再被放大电路转换成电压信号并且放大后送入采集卡。采集卡将信号数字化后送入上位机，按照特定的算法计算出温度信息。

在上述系统的基础上，采用不同带宽的50/125μm多模探测光缆作为测试对象，验证了系统空间分辨率变化情况。

3 实验结果

实验中，共测试了不同带宽的多模50/125μm的光纤对应的系统空间分辨率，光纤及相关实验参数如表1。

注：空间分辨率恶化系数的计算方法如下：

空间分辨率恶化系数=空间分辨率绝对变化量/光纤长度

根据上述数据可以得知，多模光纤带宽与系统空间分辨率的关系如图2所示。

从图中可以看出，系统空间分辨率在500MHz*km至6000MHz*Km范围内呈现先变好后变差的趋势，并在1600MHz*Km左右达到最优。

4 理论分析

在分布式光纤测温系统中，系统的空间分辨率主要受光脉冲宽度、电路带宽、光电探测器响应时间等因素制约，在其它因素确定的条件下，光脉冲宽度称为影响空间分辨率的重要因素。光脉冲在传感光纤中传输，受到色散的影响，会出现不同程度的展宽效应。具体而言，在多模光纤中，光纤材料、波导结构和多种模式的光脉冲信号在光纤中传输，色度色散和模间色散是引起光脉冲展宽的主要因素。

其中分别是模式色散和波导色散。模式色散一般存在与多模光纤中，由于在多模光纤中同时存在多个模式，不同模式沿光纤轴向的传播速度不同，到达终端时就有先后，出现时延差，从而引起脉冲展宽。时延差越大，色散就越严重。而波导色散取决于光纤的折射率剖面结构。

两种色散共同决定了光脉冲展宽的程度，而光纤的3dB带宽与脉冲宽度δ是从不同角度描述光纤色散特性的两个参数，因而它们之间存在一定的关系。

光纤的带宽越宽，脉冲展宽约小，但这只是理论公式，通过实验数据表明，当光纤带宽小于1600MHz*Km时，满足该公式的关系，当超过该值时，脉冲展宽随带宽增加而增加。

5 结论

本文通过对不同带宽光缆对分布式光纤测温系统空间分辨率的影响进行测试，确认了在一定范围内光纤带宽指标影响系统空间分辨率的变化规律，并进行了理论分析。为进一步通过优化光纤指标来提高分布式光纤测温系统的系统指标提供了数据及理论支持。

参考文献

[1]Joseph C.Palais.Fiber Optic Communications，Fifth Edition[M] （117-124），2011.

[2]Djafar K.Mynbaev Lowell L.Scheiner，Fiber-Optic Communications Technology[M].2002：（139-160）.

[2]赵凯华，钟锡华.光学（下册）[M].北京：北京大学出版社，2011：254-257

[3]姚启钧.光学教程（第三版（[M].北京：高等教育出版社，2002：382-384.

[4]蓝信矩等.激光技术（第二版）[M].北京：科学出版社，2005：306-311.

[5]江毅，高级光纤传感技术[M].北京：科学出版社，2009：292-298.

[6]邓大鹏等.光纤通信原理[M].北京：人民邮电出版社，2006：102-104.

[7]张旭苹，全分布式光纤传感技术[M].北京：科学出版社，2013：135-136

[8]陈才和.光纤通信[M].北京：电子工业出版社，2004：142-145.

[9]黎敏，廖延彪.光纤传感器及其应用技术[M].武汉：武汉大学出版社，2008：9-10.

[10]宋扬，王丽.光纤色散效应对脉冲展宽的影响[J].光通信技术，2008 Vol 32，No.6.

作者简介

王建强（1966-），男，现为威海北洋光电信息技术股份公司工程师，主要从事光纤传感方面的研究。

夏俊玲（1969-），女，现为威海北洋光电信息技术股份公司工程师，主要从事光纤传感方面的研究。

史振国（1981-），男，现为威海北洋光电信息技术股份公司工程师，主要从事光纤传感方面的研究。

光纤传感技术论文范文第8篇

关键词：光纤通信；传输；信号

一、引言

在光纤通信广泛应用之前世界各国一直使用电缆通信，其具有损耗严重、带宽窄、串声等缺点，不能广泛应用，从而推动了光纤通信技术快速研制和发展。20世纪60年代开始提出光纤的概念并开始初步研制，经历几十年的发展，光纤由最开始损耗400分贝/千米到如今降低到0.2分贝/千米，并且仅一对单模光纤就实现了3000多个电话同时通话。在1991年低，光缆全球敷设距离长563万千米，但到1995年敷设距离已超过1100万千米。

二、光纤通信技术简介

1.光纤通信技术概念。将模拟电信号转化为光信号，以光波作为载波，以光纤作为介质进行信息传输的技术被称之为光纤通信技术。

2.光纤通信系统传输信号的形式。光纤通信技术系统分类：光纤模拟通信系统、光纤数字通信系统以及光纤数据通信系统。

（1）光纤模拟通信系统。在发射端通过放大和预调制基带信号对电信号进行处理，在接收端通过解调和放大等处理将正常电信号释放出来。

（2）光纤数字通信系统。在发射端通过放大、取样和数字量化基带信号对电信号处理，在接收端逆过程处理。

（3）光纤数据通信系统。在发射端通过放大基带信号对电信号进行处理后，到接收端进行逆过程处理。光纤数据通信系统与光纤数字通信系统相比缺少了码型变换过程。

3.光纤通信技术工作原理。本文以数字光纤通信电路为例分析光纤通信技术工作原理，传送的模拟信号被发送端接收后，通过电端机将传送模拟信号转变为电信号，通过放大、取样和量化基带信号等对电信号处理，经过调制将信息调制到激光器发出的激光束上，并且电信号的频率直接影响的着光的强度。通过光纤将光束发出去，在接收端通过检测器将光信号转化为电信号并恢复原传输模拟信息。

4.光纤通信技术的特点

（1）通信容量大、频带宽。光纤通信传输过程中是将传输模拟信号转化成为光信号以光纤作为介质进行传输，与电缆通信相比，传输频带宽、传输速度快、通信容量大。但是在平时使用过程中发现使用单波长光纤通信系统时，不能充分发挥频带宽和通信容量大的性能，通过反复研究发现采用多种复合技术增强频带宽和通信容量。

（2）传输过程损耗低，长距离传输中继站数量少。目前，市面上广泛应用的石英光纤损耗为0~20dB/km，如果采用非石英光纤系统其传输损耗会更低。由于其传输损耗低，使得在长途传输过程中，减少了中继电站的数量，大大降低了原料和人工成本、维护周期和系统设计复杂性。

（3）抗电磁干扰能力强。由于石英是绝缘体材料，所以利用石英作为原材料的光纤绝缘性特别好，使得光信号在传输过程中较强电磁干扰（如：自然雷电、电离层发出的电离子、人为产生的电磁等）能力。所以实现了和高压线平行架设或者与电力导体一起使用构成复合光缆，降低了传输费用，施工和维护难度。

（4）无串音干扰,保密性好。在使用电缆通信时，经常出现通道相互串扰、被窃听等情况。但是在光纤通信技术使用过程中，由于光信号被包裹在光纤中，光纤不透明的皮对光射线有吸收作用，光纤外面根本没有办法窃听到光纤内传输的信息，即使光缆内有很多根光纤也不会出现相关干扰和串音情况，被部队广泛应用。

三、光纤通信技术的应用

1.通信领域的应用。随着时代的发展，工业生产和人们生活都离不开信息通讯，在因特网、有线电视、电话中光纤通信被广泛应用。由于光纤通信具有通信容量大、频带宽、损耗低、防电磁防干扰强等特点，实现了一条光纤既可以容纳多人通话也可以传输多套电视节目。

2.医学领域的应用。利用光导纤维内窥镜进行检查患者脑室、心脏、胃、食道等疾病，可以检测患者心脏血液值、氧气在血液中的饱和度、胃部情况、食道情况等，然后根据实际情况进行诊断和治疗。同时，医学也已经开始应用光导纤维连接的激光进行微创手术，所以光纤通信技术提高了医学治疗水平，被医学领域广泛应用和研究。

3.传感器领域的应用。光纤通信技术与敏感元器件相组合，应用在传感器的研制，广泛应用到工业和生活中，如：光敏传感器、红外传感器、温度传感器、雷达传感器，工业温度、流量、压力、颜色、光泽专业测量等。

4.光纤技术应用。照明过程中利用了光纤良好的物理特性，实现艺术装修美化的效果，如果：LED广告显示屏、草坪地灯、艺术装饰品照明灯等。

四、光纤通信技术的发展方向

1.提升传输速度、扩大传输容量、增长传输距离，减少中继站数量。相对与电缆通信来说，光纤通信技术水平在很大程度上已经提升了信号的传输速度、容量和距离，但是未来光纤通信技术还有围绕这一发展方向，实现更高速度、更大容量和更长距离的传输，并且实现与世界各国跨海、跨越的信息传输。

2.全光网络。未来通信网络发展重要目标和通信技术发展的最高阶段是实现全光网络，目前全光网络已经是世界各国对光纤通信研究的一个重要课题。虽然目前还处在初级阶段，但是随着人类的不断的探究和研制，相信全光网络这一目标很快会实现。

五、结论

随着信息时代繁荣发展，迎来光纤通信技术空前的提高，它改写了我们通信行业的历史，使得理论变为了现实，它不仅仅是一个信息传输手段，也被广泛应用到了工业生产和人们生活的各个领域，只有将光纤通信技术向更高方向发展和技术提高，加快引领通信领域前进步伐，从而促进社会经济快速发展。

参考文献

[1]王磊,裴丽.光纤通信的发展现状和未来[J].中国科技信息,2006(4):59-60.

光纤传感技术论文范文第9篇

【关键词】智能电网;通信技术;作用

1.光纤通信技术的发展现状

光纤通信技术，对电力系统图通信的发展有着重要的作用。目前来看，光纤通信技术主要包括下列几种分类：

1.1 波分复用技术

所谓的波分复用技术就是将很多包含着信息，而且其波长还存在着差异的光信号进行合并，组成束状，仍然采用单根光纤进行信息的传输，同时在接收出对所接收到的光信号分类进行通信的技术。这种技术有如下几个特点;

第一，波分复用技术将光纤的低损耗波段予以了足够的运用，使光纤的信息传输量大幅增加，将原本一根光纤的信息传输容量进行扩充，相当于以前的几根。现在我们只能用到光纤低损耗谱（1310nm-1550nm）的很少的一小部分，与此同时其还有很大的利用空间等着我们去发展。

第二，是传送的信号功能多，因为只是利用一根光纤就可以传输以前所需的几根，所以同比而言传送的信号也就更大，对于数字信号和模拟信号而言，更具兼容性。

第三，非常的灵活，波分复用技术可以将原来具备的光纤系统，特别是那些芯数很少的光缆，进行极大的增容，可以实现单向或者多项的转化而不用在替换原来的光缆。

第四，如果出现了损害等故障问题，利用波分复用技术可以实现快速的修复，同时由于所需的光纤在数量上要少于原来，所以所需要的投入也会相应的减少，而且光缆少，那么即使出现了故障，修复起来也相对容易。

第五，因为源光设备具有共享性，所以如果增加新业务或者是需要多个信号进行传送，那么在成本的投入上要比以前少了很多。

第六，波分复用系统在稳定性上有很大的提高。因为在系统中大量减少了有源设备的使用，所以使得系统更加的稳定可靠。

1.2 光纤接入技术

所谓的光纤接入技术就是通过光纤作为传输的通道，运用激光传输技术的接入网络，一般将本地交换机或者远端设备与使用者之间所用的光纤通信或使用了部分光纤通信的系统。正常根据接入网室外传输设备中有没有有源设备可以将光纤接入技术分为有源和无源光纤两种。光纤接入技术的特点是：第一，因为管线接入技术有着宽带的性能，将其与双绞线和同轴缆进行比对发现，光纤在理论上来讲有着无限的宽带，同时每一个波长都可以传输10Gb/s，而且传输的频率也更高，这是另外两种缆线所不具备的。第二，光纤传输距离长 ，而且损耗小，如果增加了光放器，其传输的距离也要更远。第三，能够适应恶劣环境，同时防腐性能强，还不容易受到电磁等因素的干扰和破坏。第四，稳定性高，安全性能好，不容易被盗和窃听。

2.在智能电网中应用光纤通信技术

随着科技的发展，智能电网也得到了更多的关注和重视，我国在智能电网的建设上借助经济发展的有力支持，也开始迅速的建设开来。现在，在我国的电力系统中，电力专用光纤通信网络已经完成了建设，并投入到使用中区，而且传感器的网络发展也是急速发展，两者的共同进步和发展对促进电力系统智能电网的建设和发展有着非常重要的作用。

2.1 在智能电网通信网络的建设中运用光纤通信技术

光纤复合技术成功被开发以来，电力光缆就成为了智能电网建设过程中必不可少的关键环节。

智能电网无论是在建设还是在使用过程中，都离不开通信网络的支持，这个通信网络还必须具有稳定性和容量大的特点。比如：某地区的6座供电营业厅已经实现了光纤的全覆盖，而通信的电路全部采用2M，可是光纤并没有覆盖到变台、用户表，其所用的通信方式也仍然沿用GPRS无线通信，对日常的维护和运转提供了很大的麻烦。而如果全部采用主管线路线，那么引起具备宽带高、抗干扰强、性价比高等特征，这些特点是别的通信技术根本就不具备的，所以，可以这么说，想要建设智能电网首选光纤通信技术。

2.2 光通信和无线通信的融合是以后的发展的必然趋势

光纤通信最显著的特点就是速度快，而且稳定安全，抗干扰能力强，而无线设备的最显著特点就是使用方便灵活，如果将两者的特点结合起来，那么就实现了通信技术的完美。所以很多的科研技术人员正在研究这一问题。特别是视频通话、多媒体无线通信传播、P2P文件传送等被广泛的应用，将上述两种技术融合的问题也越来越被人民所广泛的需要，所以，人们已经明白两者融合是未来通信行业发展的必然趋势。

2.3 有效解决了百姓上网难的问题，实现了光纤入户

实现电力光纤的入户是一个很好的理念和设计，这样做就是为了实现在接电时将光纤入户，从而对广大农村上网难的问题得到根本上的解决，在进行电力线路铺设的同时，就尽可能的将光纤入户，如果以后有需要的就可以直接接入，免除后续重新铺设的问题。与此同时，要对电力光纤的优点和政策优势进行宣传，特别是对一些偏远农村，实现一次性入户，可以减少投入的成本，同时为了以后进行智能电网打下了坚实的基础。

2.4 对电网智能化而言传感器网络是否功能完备是非常重要的

光纤传感器网络就是利用传感器进行信息的收集，同时将这些数据通过光纤传输到处理中心，再通过数据处理系统将信息进行及时处理或者离线处理，为后续的工作做基础。比如在进行检测和监控的时候，如果在输电线上布置了传感器的装置，可是实现检测输电线状态的作用。传感器网络所具备的功能比较多样，可涵盖光纤传感器网络和无线传感器网络，甚至是将两种融合在一起的网络也可以。如果这个网络非常的完备，那么对职能电网的发展就有着非常大的推动的作用。比如，运用分布式光纤温度传感技术。一旦有的地区发生了雪灾等情况，那么通过这种技术，可以对电力系统电缆、铁塔等设备在压力和温度方面实现实时的监测，能够及时的发现问题，保障国家和人民的生命财产安全。

3.总结

通过上述的分析可以看出，在电力系统中光纤技术的运用可以有效解决信息传输的问题，同时因其具备容量大、方便快捷等特点，使得信息传输更加的稳定和安全，对电力系统的安全稳定运转提供了重要的保障作用。所以，在科研方面，要进一步强化对光纤通信技术在智能电网中的应用的探究，将光纤通信技术作为信息时代最重要的手段。

参考文献

[1]余勇，林伟民.电力信息系统安全保障体系[J].电力信息化，2006（13）.

光纤传感技术论文范文第10篇

关键词：海洋环境；海洋工程；光纤传感技术；原理

一、光纤水听器在海洋工程中的应用

核潜艇技术与潜射导弹技术在不断进步，使用产生的噪音也越来越低，压电声纳的灵敏度已经邻近极限，探潜能力具有一定的局限性。以美国为主的西方国家，对光纤水听器进行了精细的研究，并且取得了一定的成果，对于我国的海洋工程具有借鉴意义[1]。国内投资大量资金，成立专门的研究小组进行研究，目前还处于初级阶段。光纤光栅传感器不仅具有普通传感器的功能，还能够根据光波波长的调制机理，不被光源强度的强弱影响。采用特定的技术，可以在一根光纤上串接多个光纤光栅，从而去对陈列式的水听声纳传感进行检测。

（一）光纤光栅水听器的传感原理。光纤布拉格光栅水听声纳，采用的是FBG传感特性设计，其属于水中声波传感器。其传感原理是，在特殊的声压敏感器上面安装FBG，声压敏感器会收集水中的声波作用于FBG，导致其发生应变，FBG的周期会被改变中心波长会发生偏移。光纤光栅调节系统能够精准的测算出波长的变化量，从而去确定水声信号的变化量。光源会发出带宽比较宽的光波，进入到光纤光栅内，其会将特定波长的光波进行反射，主要是由于其具有波长选择性，只要检测反射光的波长偏移量即可完成传感过程。

（二）光纤光栅水听器系统介绍。如下图1所示，是非平衡M-Z干涉解调光纤光栅水听器的基本构造图。其主要是采用非平衡的M-Z干涉结构，使得传感光栅中的中心波L变化量转换成为相位的变化值，再进行调解干涉输出的光波相位信号，从而去得到波长的变化，提升系统探测的灵敏度。图1中光源发出的宽带光，通过环行器进入到传感光栅，再通过光栅反射的窄带光波进入到非平衡干涉结构，在3X3光纤耦合器形成干涉。

（三）光纤光栅水听器技术总结。为使得光纤光栅水听器具有机械与光学的稳定性，需要对光纤光栅进行环境试验。试验的过程是，将其放在温度为90摄氏度，相对湿度为90%的恒温恒湿温度箱中2000h；并在-40～85℃的温度中循环2000次，看其光学性能的变化。若是其光学性能无明显变化，则证明光纤光栅水听器具有机械与光学的稳定性。判断光纤光栅的使用寿命，可以采用加速老化的办法，根据可以预测光纤光栅反射以及透射率随时间环境因素的变化关系去进行判断。光纤光栅水听器使用的海底环境相对复杂，需要采用适合环境的封装材料与光纤光栅粘结材料。利用多参量同时测量的方式，能够消除光纤光栅对温度、应力等的交叉敏感性。可以采用SLED光源去扩大光纤光栅水听器的探测范围，扩大光源的输出功率，提高检测信号的强度。光纤光栅水听器的敏感度，主要是敏感材料的性能来决定，同时也受波长调节系统的灵敏度影响。

二、水位传感技术与光纤振动

水位传感技术与光纤振动，主要是应用于海底地震海啸监测。海底地震监测，属于超低频、大移位的振动测量，并且测量区域较为复杂，需要长期的进行监测，过程难度较大，构建海底网络监测的成本巨大，维护需要耗费的成本较高。但若是海底地震海啸监测系统一旦建成，会给人类带来不可估量的利益。光学式地震计与光学式水位计利用的是光纤作为传播介质，用其建造的海底地震海啸监测网络，比其它的地震波检测仪器功能更加强大。

（一）光纤干涉原理。利用光纤干涉原理建成的传感器，是目前我国最为先进的测量技术之一，其具有超高的准确性，能够对海底复杂的环境与海底地震进行全面的监测。全光纤观测网络的构成，能够满足海底监测的需求，普遍在国际上应用，并且在不断研发中。光纤干涉式检波器，主要是利用弹性膜片与弹性顺变柱。海底环境的振动变化，或者是压力会导致膜片与顺变柱变形，使得膜片与顺变柱耦合的光纤折射率与长度发生改变，从而引起干涉光强度的改变。

（二）光纤干涉检波系统。光纤干涉检波系统的工作原理是：光源发出具有强制信号的连续光，通过长距离的传输作用于海底传感单元内部2X2耦合器；再分成两道光束进入到光纤干涉臂。若是检波器对于外界的地震信号进行响应，干涉臂的反馈信号中则会含有振动信息的振动信号；此信号再通过长距离的传输，返回到主机内部的光电探测器，经过放大之后，生成电信号由于调制信号，再传递给数据收集卡，从而转化为数字信息；经过分析解调之后得到最终的振频，以及相关的原始数据。

三、结论

综上所述，光纤水听器在海洋工程中的应用，主要包括光纤光栅水听器的传感原理，光纤光栅水听器系统介绍，以及光纤光栅水听器技术总结。水位传感技术与光纤振动，通过光纤干涉原理建成的传感器，能够实现对海底地震海啸的监测。

光纤传感技术论文范文第11篇

关键词：光纤光栅；传感技术；应用研究

中图分类号：F49　文献标识码：A

收录日期：2012年6月8日

光纤光栅是近年来发展极为迅速的一种新型光纤无源器件。由于光纤光栅具有高灵敏度、低损耗、易制作、性能稳定可靠、易与系统及其他光纤器件连接等优点，因而在光通信、光纤传感等领域得到了广泛应用。光纤光栅是利用光纤材料的光敏特性，在光纤的纤芯上产生空间周期性或非周期性折射率变化而制成的。光纤光栅传感器是近几年发展最快、最先进的光纤无源器件之一，光纤光栅传感器产业已被国内外公认为是最具有发展前途的高新技术产业之一，它以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。

一、光纤光栅传感的优势

作为光纤传感器的一种，近年来发展十分迅速，它之所以有这样迅猛的发展，是因为它与传统的电传感器等相比有其独特的优点。

1、具有非传导性，对被测介质影响小，又具有抗腐蚀、抗电磁干扰的特点，适合在煤气附近、电站、核设施、矿井下、油田以及油罐周围等恶劣、高危险环境中工作。抗干扰能力强，这一方面是因为普通光纤不会影响光波的频率特性（忽略光纤的非线性效应）；另一方面光纤光栅传感系统从本质上排除了各种光强起伏引起的干扰。

2、光纤轻巧柔软，可以在一根光纤中写入多个光栅，构成传感阵列，与波分复用和时分复用技术相结合，实现多点、分布式传感。便于构成各种形式的光纤传感网络，尤其是采用波分复用技术构成分立式或分布式光纤光栅传感器阵列，进行大面积的、同时的多点测量。这对于大型土木结构的健康检测等方面有着重要的应用。因此，人们十分重视该领域的研究，并且它已成为传感领域的重要组成部分。

3、与光纤之间存在天然的兼容性，易与光纤连接、低损耗、光谱特性好、可靠性高。

4、传感探头结构简单、体积小、重量轻、外形柔软可变，适于各种场合，尤其是智能材料和结构。便于埋入复合材料构件及大型建筑物内部，对结构的完整性、安全性、载荷疲劳、损伤程度等状态进行连续实时监测。稳定性高，重复性好。测量信息是波长编码的，所以光纤光栅传感器不受光源的光强波动、光纤连接器耦合损耗、弯曲损耗以及光波偏振态的变化等因素的影响，有较强的抗干扰能力。

5、测量信息是波长编码的，所以光纤光栅传感器不受光源的光强波动、光纤连接及耦合损耗以及光波偏振态的变化等因素的影响，有较强的抗干扰能力。

6、高灵敏度、高分辨率。该类传感器的信息载体是光，无论以波长还是相位为检测对象都具有非常高的传感精度。即便检测其振幅或强度，若有效的运用具有高分辨率的光电仪器，也可对某物理量的检测具有非常高的精度。

正是由于具有这么多的优点，近年来光纤光栅传感器在大型土木工程结构、航空航天等领域的健康监测，以及能源化工等领域得到了广泛的应用。

二、光纤光栅传感技术的应用

1、在电力系统的应用。光纤光栅传感器在电力上的应用，主要是通过对温度的测量实现对电力设备的实时安全检测。光纤光栅传感器检测的电力设备包括高压开关柜隔离触头断路器、线夹、隔离刀闸、互感器、变压器、电抗器、阻波器等。对这些电力设备进行温度的在线监测，诊断过热的原因，再经过处理分析故障，从而实现真正意义的在线安全监测。

光纤光栅传感器具有良好的抗电磁干扰性，是电力工业中有关参数监测的理想传感元件。在电力工业中，电流转换器可把电流变化转化为电压变化，电压变化使陶瓷（PZT）产生变形，贴于PZT上的光纤光栅产生波长漂移，从而得知电流强度。光纤光栅传感器在长距离电力输电线载荷以及电力变压器绕组的分布式实时监测方面具有独特的优势。光纤光栅传感器可测电线的载重量，其原理为把载重量的变化转化为紧贴电线的金属板所受应力的变化，这一应力变化被黏于金属板上的光纤光栅探测到。这是利用光纤光栅传感器实现远距离恶劣环境下测量的实例。

2、在航天器及船舶中的应用。光纤光栅传感器非常适合在航天器中应用。光纤光栅传感器在航天器中监测飞行器的应变、温度、振动、起落驾驶状态、超声波场和加速度等情况。因为传感器的重量要尽量轻，尺寸要尽量小，因此，灵巧的光纤光栅传感器是最好的选择。为了监测一架飞行器的应变、温度、振动、起落驾驶状态、超声波场和加速度等情况，通常需要100多个传感器，故传感器的重量要尽量轻，尺寸要尽量小，因此，灵巧的光纤光栅传感器是最好的选择；光纤光栅传感器非常适合用来监测轮船船体结构，提供可影响材料性能的机械变化信息，监测复合材料的硫化，在轮船的试用期担当监测任务，测量船体的弯曲应力，测量海浪对甲板的抨击力。

光纤传感技术论文范文第12篇

关键词：光纤；传感器设计；应用

光在光纤行业中传播的基本原理，光纤分为单膜光纤及多膜光纤，单膜光纤非常细：5～10μm，而且传递的模式多，折射率分布不一样，光走的方向不同。光纤的特性：波长与光路垂直方向散发能量最小干涉型用单膜光纤包括电气特性，物质特性，结合特性及其图像特性。

光纤应用于石油探测器方面，油中含水检测传感器及测量装置，及油、气、水，及油水界面部都广泛的应用光纤技术。例如立式罐光源电路；光纤光栅压力表利用LED探测器PIN。卧式罐激光器电路原理，当激光器发光的光强提高，探测器接收的光强增加。强度型光纤传感器应用中国石油行业，测油罐的工作温度，它的工作条件，抗震且耐腐蚀，不受油罐中杂质的影响，并能自动清除杂质，且温度误差修正为正负1摄氏度。反射式光纤传感器也应用于加油站贮罐检测系统。

光纤应用于各种传感器的设计中，光纤光栅压力表，差压传感器。汽车水箱温度报警器差压式光纤光栅压力表，利用的不是差压光纤光栅压力表，是质量密度，重力加速度的概念，必须测温度，校正质量密度求出Gt，比重计直接测出Gt，初始安装的位置表示两种液体的界面，表示液位的变化值。液体的分界面测量原理（利用压差表，压力表，正负压室及受力状态）。例如大庆某公司利用的压力表流量计。

光纤传感器技术应用于家用燃气报警器，其检测对象：人工煤气、天然气、液化石油气，一氧化碳气及不完全燃烧产物，主要功能是声光报警，故障诊断报警，报警输出控制主要利用单膜光纤及耦合器电源等等。

光纤适用于仪表技术；电膜测与仪表，传感器技术等。它的精度非常高。向各行各业提供测量仪器。光纤技术还广泛的应用于服装鞋帽等，其中包括鞋业制造，测量等。光纤还适用于机械行业中。比如测量内螺纹垂直度，表面粗糙度。在医疗，计划生育，美容及化妆品行业得到广泛利用。

根据国内单模的光纤可以拉，多模的光纤不能拉，所以，一般敏感型选择单模的光纤，依据光纤的特性：传输特性，波长，光斑尺寸，激光传播的距离，垂直方向损耗最小，是用透镜无法比的，而且光纤越粗损耗越大，电绝缘，不受磁场干扰，耐高压及核辐射。光纤的物质特性抗拉（2公斤），弯曲不折（环境：-20至100度）特性不改变，结合的特性；光纤有接头，有耦合和电缆一样，温度敏感光纤，压力敏感光纤，应用于仓储防盗、文物保护、国家机密、银行、证券、大型商场、航空航天等行业。

图像的特性，解决了机械行业的小孔测量问题，内螺纹测量问题，利用光纤技术做防水人体秤、机、用光纤制造公路铁路与交通部门联系，光纤的优点是省电。

反射式光纤传感器的总体应用；加油站储罐检测系统，接触介质材料熔化液体加保护套不锈钢，接口尺寸；径向；应用于卧式罐检测系统，加油站检测压力传感器。利用光纤理论、光纤排列、结合机械结构来完成。

光纤的排列误差，带来系统误差靠标定，分别对几个温度量及几个压力值进行运算。

光纤传感器：干涉型的百分之三十应用于工业。光强型：形成产业和生产力，马赫干涉仪；光纤陀螺仪和制导系统的应用；利用温度，容量、过程控制，它用于国防科技。光纤科技应用在医学上也是很常见的，用于计划生育、优生、优育；用光纤小镜检测准备怀孕的妇女排卵是否健康。光纤测量应用于鞋业制造、制衣等行业；可测量出人脚的每一个截面的尺寸组合起来组成一个曲面、准确的做出鞋来。例如：内高跟鞋等等。制衣也同上理论，可以做立体设计、裁剪。

单光源推动多回路参数巡回检测：光耦合器――光纤――光耦合器――激光光源115/系列差动电容――微功耦合电路――LED――O/E――计算机――为PPM调制系统。

光纤链、光纤通信、光纤传感器网络系统与信息传输的应用；光纤链：由信息采集E/O、信息传输OF、信息处理OE组成；分为单功能、双功能。

光纤总线：本地监控中心――过程控制中心――分控中心――随时监控计算机系统。建设总线程序包括任务来源、设计阶段、施工图纸、准备阶段、施工阶段、竣工阶段。

1 光纤传感器的设计

油中含水检测传感器及测量装置的设计主要包括含油多少、含气多少，若油含水百分之二或者含水更多就击穿了，油、水、气三相流传感器检测系统是一场检测系统的革命。

浓度计：光纤浓度计的设计：反射式：利用给的后像散射原理，相变点随液体性质而改变、根据不同的液体：一个探头一探，就知道油、气、水，油水界面（应用光纤）用什么方法检测油包水或水包油呢利用光纤界面、角位移；线位移变成角位移，轴带着码盘运动。

2 差动式光纤光栅压力表设计

2.1 差压式传感器

模合位移：50・40・4=8000（8米）

50・40・5MM加0、01的压力模合位移0、5%；

2.2 光编机O/E、E/O

2.3 计算机、单片机

差压的概念：P1>P2，压力P=BGH B：密度 G：重力加速度 H：液位 用三块表求出液位。

H=（P1-P3/P1-P2）BG P=BGH P=（P1-P2）=BGH

h=（P1-P3）/（P1-P2）

光纤光栅压力表（与大气压或压差AP）

显示压力值P1、、、、、、Pn（实测值）

显示温度值T1、、、、、、Tn（实测值）

计算体积：Vt=质量/体积・密度=M/GT M=Vt[1-r/B20（t-20）]B20F 则M=VtGt

式中：M-液体石油产品在空气中的重量；B20-液体石油产品在20度时的密度；r-液体石油产品温度系数；Vt-液体石油产品在20度时的体积；Gt-液体石油产品在t度时单位体积的重量；F-在真空中质量换算成空气中重量的换算系数。H=P/Gt+h0（初始电装位移）。

反射式光纤传感器总体结构设计：卧式罐检测系统，加油站检测压力传感器：光纤排列光桥理论，启动LED1工作PD1、PD2全收到信号。

启动LED2： X1=P1・K1・I2・M2 Y1=P1・K1・I11・M1

得出两个电流和两个透射率，P1D1发射的光要耦合到PD2的上面

X2=P2・K2・I22・M2 Y2=P2・K2・I12・M1 S=X1・Y2/Y1・X2=P1・K1・I21・M2・P2・K2・I12・M1/P1・K1・I11・M1・P2・K2・I22・M2=I21・I12/I11・I22

分别对四个温度量及四个压力值进行运算。

光纤传感技术论文范文第13篇

关键词：三峡工程 温度 光纤传感 监测

几乎所有的混凝土坝施工期间都要采取措施进行温度控制，减小坝体内温度梯度，防止裂缝，确保大坝安全，及时和准确地获得大坝混凝土结构内部的温度场信息是大体积混凝土施工控制的关键。大坝运行期间，温度荷载是引起坝体变形和应力变化的主要荷载之一，因此对坝体运行期间温度场的监测也是安全监测的重要内容之一。传统坝体温度测量一般使用点式温度计，以热电偶式温度计为例，这种温度计本身具有较高的精度，但就工程实际应用而言，尚有许多不足，一支温度计只可测量一个点的温度，对工作的环境要求严，抗干扰能力差，安装复杂干扰施工，尤其是传统的温度计信息量太少，很难掌握整个坝体内部温度场的变化。作者经过近三年的论证和准备，率先引进了分布式光纤测温系统，并在三峡工程左厂14坝段大体积常态混凝土中进行了分布式光纤温度传感监测技术现场试验研究，实现了常态大体积混凝土浇筑施工过程温度场的实时监测，本文介绍其中的部分成果。

1 光纤温度传感方法发展与应用情况

加拿大学者Measures[1]等在加拿大Calgary一座两跨碳纤维钢筋混凝土预应力桥梁上，埋设了5套4通道Bragg光栅光纤传感系统，在桥梁建造过程中和使用期内检测其内部温度和应变。意大利学者Gusmeroli[2]等报道了他们将F-P光纤干涉传感器埋入一个5m长的混凝土梁中检测其热膨胀。瑞士皇家技术学院Smart公司的产品采用Brillouin散射光的分布式温度测量系统，它不但需要从光纤的一端输入脉冲激光光源，另一端输入连续激光光源，而且需要采取措施来分离温度效应的机械应变效应，所以其工程应用不是最佳选择。英国York Sensors Limited是国际上首家开发光纤分布式测温系统并使之商品化的公司，已经有20多年的历史，并一直在该技术领域中保持国际领先地位。通过测量发射光和接收定点反射光的时间差及光在光纤中的传播速度可精确地确定发生反射的位置(定位)，利用反射光中Raman反射光的温度依存性质，可以计算出发生反射的点的温度值。德国GTC公司同慕尼黑科技大学[3]利用York Sensors Limited的产品，在土耳其Birecik混凝土坝、约旦Wala坝等工程都做了应用性的研究工作。清华大学同慕尼黑科技大学在新疆石门子工程也做了较有意义的工作。成都电子科技大学光纤国家实验室与龙羊峡、刘家峡水电厂等合作，成功地开发了大型水、火发电机组的光纤温度传感器等多项传感技术，但都属点式测量。重庆大学光电子工程学院20世纪90年代初进行过光纤分布式测温技术的研究，取得了重要成果。天津大学[4]从传感器的结构特点和材料的物性系数出发，在理论上证明了光纤温度与Brillouin频移量之间存在线性关系。中国计量学院光电子技术研究所[5]研制了一种由分布式光纤温度传感器组成的新型在线自动温度检测系统，最近应用于煤矿火灾报警。北京航空航天大学[6]从光学的角度出发，分析了基于Raman反射的光纤分布式测温系统的空间分辨力理论极限及影响因素。宁波振东光电子有限公司与秦山核电厂合作，将分布式光纤测温系统用于电缆温度监控。

2 分布式光纤温度传感器的基本原理

向光纤发射一束脉冲光，该脉冲光会以略低于真空中的光速的速度向前传播，同时向四周发射散射光。散射光的一部分又会沿光纤返回到入射端，测量发入射光和反射光之间的时间差T，则发射散射光的位置距入射端的距离X为?

(1)

式中：C为光纤中的光速，C=C0/n，C0为真空的光速；n为光纤的折射率。?

反射回入射端的反射光中，有一种称做Raman散射光。该Raman散射光含有两种成份：Stokes和Anti tokes光。其中Stokes光与温度无关，而Anti-Stokes光的强度则随温度变化。Anti-Stokes与Stokes之比和温度之间关系可用下式表示：

(2)

式中：las为Anti-Stokes光；ls为Stokes光；a为温度相关系数；h为普郎克系数(J·s)；c为真空中的光速(m/s)；v为拉曼平移量(m-l)；k为鲍尔次曼常数(J/k)；t为绝对温度值。

根据式(2)及实测Stokes-Anti-Stokes光之比可计算出温度值为：

(3)

光纤测温方式，直接测量的是Raman反射光中两种成分之比，与绝对值无关，因此既使光纤随时间老化，沿程光损失增加，仍可消除光损失的影响，从而可一直保证测温精度。

3 分布式光纤传感监测混凝土结构温度场

3.1 传感光缆与网络设计 左厂14坝段是三峡二期工程的最后一个大块体浇筑坝段，曾是塔带机的部位，块体仓面尺寸为32m×20m，仓面高程140.56m，薄层浇筑层厚1.5m，并在底部布置有蛇形冷却水管。仓面混凝土标号、骨料级配分区及设计的光纤传感网络如图1所示。传感光缆选用50μm的多模单芯不锈钢铠装光缆，直径3mm，它既保证了检测结果为纯混凝土温度值，又防止了混凝土浇筑过程对传感光缆的损伤，坝体内部共埋设传感光缆81.1m。

3.2 连接与检测 连接与检测由DTS Manager主控程序实现，包括PC与DTS的连接、系统参数装载、命令发送、图形显示及存储、区域显示、报警显示等。其中Zone Generator可产生一个批处理文件，通过命令文件可以设置关注区域、报警舆值。

图1 光纤传感网络

3.3 中间成果及分析 光纤传感网络的埋设于4月2日完成，随即进行了检测，为了掌握坝块内部混凝土水化热实际的释放过程，一周内每天检测3次，分别选择在不同的环境温度下进行。混凝土浇筑后的3d(21:55)，坝块内部上游面温度达到最高值，传感点号115，网络定点位置118.975m，温度峰值为34.75℃，此时，实测光纤传感网络温度分布曲线如图2所示。其中：AB为光纤测温系统机内光纤段，BC为机外尾纤，CD为接线盒至进坝口的不锈钢铠装传输光缆，D点为传感网络进坝口，之后的不锈钢铠装光缆既传感又传输，随时可得到80个点的温度值。为验证检测成果的准确性，对进坝口D点前的AB、BC、CD段用常规温度计进行了测量，误差仅为0.1℃。由图1知，从113点开始，仓面底部没有布置蛇形冷却水管，115点的位置离冷却水管最远，距上游表面1.5m，这是造成图2FG段(113点～115点)在整个水化热释放过程中属最高温度分布区的重要原因之一。4d后，峰值温度开始逐渐下降，4月30日后趋于稳定，量值在2.4～25℃。

图2 最高温度时刻的光纤传感网络温度分布曲线

图3 第二峰值温度时刻光纤传感网络温度分布曲线

坝块内部下游面是第二个温度高值区(DE段，即78点～88点)，温度达到最高值是混凝土浇筑后的第5d(10:21)，峰值为30.4℃，网络定点位置87.451m此时，实测光纤传感网络温度分布曲线如图3所示。这一区域的仓面底部同样没有布置蛇形冷却水管，不过离冷却水管的距离只有1m；2个温度高值区的混凝土标号均为250，其他区域为150，这是造成2个温度高值区的又一重要原因；DE段4级骨料级配，而FG段3级骨料级配，这也促成了FG段最高温度分布区的形成。6d后，峰值温度开始逐渐下降，4月22日后趋于稳定，量值在23～25℃。

图4 115、80、100测点温度过程线

将实测上游面115点的温度过程线、下游面88点的温度过程线和传感网络内部中心100点的温度过程线绘于图4中，显见上游面115点温度过程线形成了外包络线，一直处于最高；下游面88点温度过程线处在中间，这是2个温度高值区，但二者下降较快，且速率几乎一样；网络内部中心100点的温度过程线在最下方，量值小，但下降速率要慢许多，有时略有回升。实际监测到的坝块内部混凝土水化热温度曲线属偏正态曲线，这与传统的温度计算理论及热传导理论成果是一致的。

4 结 论

(1)本文提出的常态大体积混凝土分布式光纤传感监测技术可实现大体积混凝土施工期和运行期的温度场监测，是对大坝温度监测传统仪器、理论和方法的变革和创新。(2)所优选的光纤分布式温度测量系统安装方便，可快捷、准确地检测到坝体混凝土结构内部温度场的变化，这对大坝的健康诊断和安全运行十分有利。(3)设计的光纤传感网络基本覆盖了32m×20m的浇筑仓面，且冷却水管、混凝土标号、骨料级配等对实际温度场的影响都能在温度分布曲线中较好的反应。蛇形冷却水管强迫降温效果明显；混凝土标号越高，混凝土水化热产生的温度越大；骨料级配大，对温度的影响越小。(4)在混凝土水化热变化的全过程中，整个仓面的最高温度发生在上游面115点，峰值为34?75℃，在设计允许值以内；28d后，温度逐渐下降，并趋于稳定，温度值在24～25℃之间。

参 考 文 献：

[1] Measures R M, Alavie T, Maakant R et al. Bragg grating fiber optic sensing for bridge and other structure.Second European Conference on Smart Structures and Materials, Glagow, Scotland, 12-14, October, 1994d, SPIE, 1994D: 162-167.

[2] Gusmeroli V, Martinelli M, Barberis A. Thermal expansion messurements of a concrete structure by embedded fiber optic an effective example of simultaeous strail-temperature detection, Second European Conference on Smart Structures and Materials. Glagow, Scotland, 12-14, October, 1994d, SPIE, 1994D: 220-223.

[3] M. Aufleger, Th. Strobl, J. Dornstadter. Fibre Optic Temperature Measurements for Dam Monitoring [C]. International Conference on Health Monitoring of Civil Infrastructure Systems, 24-26, October, 1994, Chongqing University Press, 121-128.

[4] 胡晓东，胡小唐，刘文晖.基于布里渊放大的分布式光纤温度传感技术的研究 [J].天津大学学报，1999，(11): 678-681.

光纤传感技术论文范文第14篇

[关键词]煤矿安全；光纤光栅；光纤光栅传感器；应用

中图分类号：TD791-4；G426 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0301-01

0 引言

我国是世界第一产煤大国，然而每年因煤与瓦斯突出、冲击地压、冒顶、水灾等矿井灾害造成了大量的生命与财产损失。为解决煤矿安全生产中的问题，我国已将传统的传感技术应用于煤矿生产，在一定程度上实现了煤岩动力的灾害、矿井水灾、火灾以及瓦斯气体等的检测。随着煤炭资源的深部开采，矿井环境的日益复杂，传统的传感器由于温度、湿度、风速等环境因素的影响，稳定性和准确度受到严峻挑战。同时，传统传感器的测量精度低、易腐蚀等特点，为有效监测带来了巨大压力。

20世纪70年代末，光纤传感技术进入研究阶段。光纤光栅是光纤传感技术发展的最新成果，它性能优良是一种反射滤波无源敏感元件，能够通过波长的移动来感应外界微小应力、应变变化而实现对结构在线测量。光纤光栅传感器具有不怕恶劣环境、抗电磁干扰、易于传输、测量精确和准分布式测量等优点。同时，光纤传感器也非常适用于煤矿井下单点或多点多参数检测，是煤矿安全监控的理想选择。

1 光纤光栅的传感原理

利用光纤材料的光敏性，光纤光栅中心波长的变化量与应变、温度等物理变化量成线性关系。根据这样的特性，可将光纤光栅制作成应变、温度、压力、加速度、位移等多种传感器，并与光纤传感技术相结合，形成基于现代传感技术的实时在线监测系统。光栅光纤的结构原理；当一宽谱光源射入光纤，经过光纤光栅会有波长为满足波长反射条件的光返回，而其余波长的光波仍然照常传播。只要测出光纤波长的变化，就可以得到外界的应变或温度扰动；而采用一些特殊的方法，用同一个光栅传感器，还可以同时测出应变与温度扰动。监测时，光栅传感器的最大优势是它可以实现应力与温度的准分布式测量，也就是将具有不同栅距的光纤光栅间隔地制作在同一根光纤上，宽带光源从一端入射，由于光纤反射光的光谱只占入射光光谱中很小的一部分，调整各光栅的栅距，使它们的具有不同的，且其光纤光谱互不重叠，就可以用同一根光纤复用多个光栅传感器，实现对待测结构定点的分布式的测量。由于该复用系统中每一个光栅传感器的位置与都是确定的，分别对它们的波长移动量进行检测，就可以准确地对各光栅传感器所在处的扰动信息进行监测。综合所有光栅传感器采集的信息，还可以得到沿光纤轴向的应变场或温度场的分布状态。

2 光纤传感器在煤矿安全监测中的应用

顶板冒落、瓦斯爆炸、矿井突水、矿井火灾、煤尘积聚，还有伴随着深部开采而来的煤与瓦斯突出、冲击地压合称为矿井六大灾害。其中冒顶、煤与瓦斯突出、冲击地压可以统称为矿井动力灾害。通过光纤传感器对煤岩移、支护体应力、温度、瓦斯浓度等相关物理量变化情况的监测，指导矿井灾害的防治。

2.1 矿井动力灾害的防治

煤岩动力灾害是煤岩在外界高应力作用下短时间内发生的一种具有动力效应和灾害后果的现象，其孕育、形成、发生始终与煤岩体应力应变状态及能量积聚释放密切相关。掌握煤岩应力―应变规律，通过实时监测煤岩应力应变状态，可以有效对矿井动力灾害进行预警。近二十年来，锚杆支护被大力推广，已经成为矿山巷道的主要支护形式。锚杆的受力状况反映了矿井巷道整体的力学状态，对矿井动力灾害的防治具有指导意义。西安科技大学柴静等人将光纤传感器运用到锚杆应力应变实时测量中，通过和电阻应变片测量值的比较，体现出了光纤传感器灵敏度、分辨率高，抗干扰能力强，稳定性好的优势。

2.2 矿井水灾的防治

矿井水害是影响和制约我国煤炭生产及煤炭产量的几大障碍之一，随着矿井开采不断向深部延伸，突水的危险性越来越大。渗水或涌水现象在矿井建设和生产过程中常常发生，当水量超过矿井正常排水能力时，矿井采场巷道可能会被淹，造成矿井水灾。导致采矿设备、设施被淹，生产中断，人员伤亡等事故。地表水和地下水是矿井水灾事故的主要水源。因此，可将光纤传感器布置在煤层与含水层之间的关键位置，可实现对隔水层中应力场变化、应变场变化、水压力场变化和水温度场变化的监测和动态分析，从而超前预测矿井水害危险性采取相应的防治措施，保证矿井生产的安全性和连续性。采用光纤传感技术可以克服常规监测方法的抗干扰性差、怕水、易受电磁影响、易受环境影响等缺点，此外，利用光纤光栅可以实现实时监测。根据光栅传感技术，研制出的光纤光栅位移、应力、渗压和温度传感器，可以准确测量相应的煤岩位移、应变、渗压和温度等信息，监测中如果出现应力、位移突然增大或渗压与温度下降，则说明矿井突水危险性增大。

2.3 火灾以及瓦斯气体的防治

矿井火灾和瓦斯气体爆炸一直以来是矿井的重大灾害，一旦发生将会造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，对矿井火灾做好准确的预测预报并且采取相应的的防治措施对煤矿的安全生产是必要的。究其原因，矿井火灾的构成要素有可燃物、氧气和热源，三者以一定的比例相互结合作用从而引发火灾，矿井下的可燃物如煤尘、胶带、坑木、机械设备以及电线是不可避免的，而且井下氧气在正常情况下也是充分的，所以矿井火灾的防治主要是对煤自然、机械摩擦、电线电火花、瓦斯气体爆炸等热源的监测控制。传统的火灾探测技术灵敏度低、传输距离短、精度低且易受干扰，效果不佳，而光纤光栅火灾探测器和温度传感器灵敏度高、测量精确从而缩短报警时间，在长距离的矿井巷道得到很好的应用。在煤仓、溜煤眼、断层附近、采空区和高冒区等火灾高发区安置火灾探测器与温度传感器在，进行实时监测，并给传感器调定一定的报警温度，如果温度升高达到调定温度，传感器即时报警，说明有发生火灾可能，此时采取积极的温度控制措施，降低温度以防火灾发生。此外，光纤光栅温度传感器可以应用在均压防灭火技术中，利用传感系统检测温度变化确定火源位置。均压防灭火技术是应用在自燃防治现场实践中得到了广泛的一种技术，其与一般的防火技术措施相比具有实用性强、经济、简便、易操作等特点。光纤光栅温度传感器在均压防灭火技术防火时可以在线监测温度和压力变化，大大提高防火效果。

3 结语

光纤光栅是光纤传感器根据波长的移动来感应外界微小应力、应变变化而实现对结构在线测量，还可以监测温度、渗压的变化。光纤光栅传感器抗电磁干扰好、耐腐蚀强、测量精度高、性能稳定、易于传输、测量距离长、使用寿命长和读数可靠，可很好解决矿井煤岩动力灾害、水灾、火灾以及瓦斯气体等问题，并能及时预报，保证矿井生产的安全性和连续性。

光纤传感技术论文范文第15篇

【关键词】光纤通信技术研究与分析

一、光纤通信技术的基本概念

光纤通信技术的本质是利用光作为信息传输的主要载体，通过光在线缆中传输，实现数据信息的快速传输。从目前光纤通信技术的应用来看，利用光纤传输，有效解决了数据传输速度和传输质量问题，保证了数据能够以最快的速度进行传输，并保证数据传输的安全性和准确性。光纤通信技术的主要载体是光导纤维，光导纤维具有光敏感性，可以最大程度的保证光传输的有效性。正是基于这些特点，光纤通信技术在目前通信领域和国防等多个领域有着广泛的应用。

二、光纤通信技术的主要优点

从目前光纤通信技术的应用来看，光纤通信技术的优点主要表现在以下几个方面：1、光纤通信的频带宽度大，通信容量较大。2、光纤通信的信号衰减较小，中继距离得到了延长。3、光纤通信具有较强的抗干扰能力。4、光纤通信在信息传输安全性上比其他传输方式要高。

三、光纤的结构与传输原理

光纤是光导纤维的简称，主要分为三层结构，内部为光导纤维的核心―纤芯，由内向外分成包层和涂覆层。在数据传输过程中，数据信号主要是在纤芯和包层这两个层面间流动，涂覆层的具体作用是保护包层和纤芯能够进行正常的信号传输。在光纤中，纤芯主要为透明的软线，包层与纤芯类似只是在传输效率上比纤芯略低，涂覆层的作用是保护包层与纤芯不受外界侵蚀和机械损伤。

光纤的传输原理主要可以用菲涅耳定律来表示：

上图为光纤信号传输的过程分析：

四、光纤通信技术的主要发展和应用分析

由于光线通信技术具有突出的优点，光纤通信技术已经逐步取代传统的电缆传输，成为了新的数据通信技术这一，并取得了积极的发展成就，促进了数据通信技术的全面发展。此外，从应用领域来看，目前光纤通信已经广泛的应用于数据通信领域，其中包括网络信息传输、电话信息传输、军事信息传输等，具体应用情况如下：1、光纤通信技术在网络信息传输中的应用。由于网络信息传输对数据传输的质量和准确性要求较高，光纤通信技术的优点正好符合网络信息传输的实际需要，因此光纤通信技术成为了网络信息传输中的重要方式。2、光纤通信技术在电话信息传输中的应用。目前电话信息传输系统已经从模拟信号向数字信号转变，在这一过程中，需要一种可靠的方式能够实现电话数据信号的可靠传输，而光纤通信技术正好能够满足电话信息传输的这一现实需要。3、光纤通信技术在军事信息传输中的应用。军事信息传输的要点在于信息的保密性和准确性，鉴于光纤通信在数据传输过程中能够有效保证信息的准确，并不受外界干扰，所以光纤通信技术在军事信息传输中得到了重要应用。

五、结论

通过本文的分析可知，光纤通信技术目前已经成为数据通信中的主要手段之一，由于其具有突出的优点，因此光纤通信技术在通信领域得到了广泛的应用，逐渐取代传统的通信手段，为数据通信技术的发展提供了有力支持。

参考文献

[1]辛化梅，李忠.论光纤通信技术的现状及发展.山东师范大学学报（自然科学版）；2003年04期

[2]刘望军，熊卓列.数字化社区通信系统的接入网技术.有线电视技术；2006年01期