光纖傳感器的今日發(fā)展概況(編輯修改稿)
2025-07-13 01:58 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 FBG型分布式傳感系統(tǒng)在應(yīng)力多點(diǎn)分布式測(cè)量中有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，并可同時(shí)完成溫度和應(yīng)力的雙參量測(cè)量[5]，為FBG應(yīng)用開(kāi)辟了更為廣闊的前景。圖8介紹了采用WDM/TDM解調(diào)的FBG陣列的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[4]。三、光纖傳感器產(chǎn)品的應(yīng)用與開(kāi)發(fā) 光纖傳感器的應(yīng)用開(kāi)發(fā)根據(jù)當(dāng)前的應(yīng)用熱點(diǎn)領(lǐng)域和技術(shù)類(lèi)型可大致分為四個(gè)大的方向：光（纖）層析成像分析技術(shù)OCT、光纖智能材料（SMART MATERIAL）、光纖陀螺與慣導(dǎo)系統(tǒng)、以及常規(guī)工業(yè)工程傳感器。2002年是光纖陀螺（IFOG）誕生的25周年，在第15屆OFS年會(huì)上，特別為光纖陀螺開(kāi)辟了專(zhuān)題會(huì)場(chǎng)。 光層析成像技術(shù) 光纖層析成像分析技術(shù)從興起到應(yīng)用不過(guò)只有二、三十年的時(shí)間，根據(jù)不同的原理和應(yīng)用場(chǎng)合，可將光纖層析技術(shù)分為光相干層析成像分析(OCT)和光過(guò)程層析成像分析技術(shù)(OPT)。 光層析成像技術(shù)源于X射線層析成像分析（CT），其基本原理如圖9所示。當(dāng)X射線或光線傳輸經(jīng)過(guò)被測(cè)樣品時(shí)，不同的樣品材料對(duì)射線的吸收特性有不同，因此對(duì)經(jīng)過(guò)樣品的射線或光線進(jìn)行測(cè)量、分析，并根據(jù)預(yù)定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)進(jìn)行解算就可以得到所需要的樣品參數(shù)。 光纖相干層析成像技術(shù)（OCT）主要應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)分析等領(lǐng)域，如視網(wǎng)膜掃描、胃腸內(nèi)視和用于實(shí)現(xiàn)彩色多普勒(CDOCT)血流成像等。其工作原理基于光的相干檢測(cè)原理，基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖10所示。 OCT為生物細(xì)胞和機(jī)體的活性檢測(cè)提供了一種有效的方式，世界上有許多國(guó)家都開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的產(chǎn)品。圖11為視網(wǎng)膜的CT掃描圖像。德國(guó)的科學(xué)家近期推出了一臺(tái)可用作皮膚癌診斷的OCT設(shè)備。此外，利用OCT可以實(shí)現(xiàn)深度測(cè)量（~1mm）的優(yōu)勢(shì)，已有實(shí)例應(yīng)用于對(duì)生長(zhǎng)中的細(xì)胞進(jìn)行觀察和監(jiān)測(cè)中。 而OPT則面向工業(yè)工程－油井、管線等場(chǎng)所，高精度地解決流體的過(guò)程測(cè)量問(wèn)題。由于OPT所關(guān)心的是光線路徑上的積分過(guò)程，因此相關(guān)的系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)、測(cè)量理論分析中的單元分割與信號(hào)處理都是關(guān)鍵。圖12簡(jiǎn)單描繪了傳統(tǒng)OPT的測(cè)量原理，由于OPT具有適用于狹小的或不規(guī)則的空間、安全性高、測(cè)量區(qū)域不受電磁干擾以及可組成測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的多項(xiàng)長(zhǎng)處，為工業(yè)過(guò)程的安全測(cè)量提供了一種優(yōu)良的手段。 智能材料 智能材料的提出和研究已有相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，為業(yè)內(nèi)人士所熟悉。智能材料是指將敏感元件嵌入被測(cè)構(gòu)件機(jī)體和材料中，從而在構(gòu)件或材料常規(guī)工作的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)其安全運(yùn)轉(zhuǎn)、故障等的實(shí)時(shí)監(jiān)控。其中，光纖和電導(dǎo)線與多種材料的有效結(jié)合是關(guān)鍵問(wèn)題之一，尤其是實(shí)現(xiàn)與紡織材料的自動(dòng)化編織。美國(guó)南卡羅來(lái)那州立大學(xué)、佛吉尼亞理工大學(xué)和費(fèi)城紡織學(xué)院都在此方面進(jìn)行了大量工作。筆者曾參與由美國(guó)軍方資助的預(yù)研項(xiàng)目智能型士兵（SMART SOLDIER）和智能型降落傘（SMART PARACHUTE）的研究。圖13展示了一件嵌入光纖和電導(dǎo)線的背心[7]。其中光纖和電導(dǎo)線的嵌入均已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，為智能型服裝的商業(yè)化解決了又一難題。 智能材料作為橋梁、大壩等混凝土大型建筑的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已在國(guó)外多處工程中通過(guò)安裝測(cè)試并付諸應(yīng)用。此外，智能材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)
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