1.光纖傳感器基本原理及分類

　　

光纖傳感技術是20世紀70年代發展起來的一種新型的傳感技術，當光在光纖中傳播時
，在外界溫度、壓力
、位移、磁場
、電場和轉動等因素作用下
，通過光的反射
、折射和吸收效應
，光學多普勒效應、聲光、電光、磁光和彈光效應等，可使光波的振幅
、相位
、偏振態和波長等參量直接或間接地發生變化，因而可將光纖作為敏感元件來探測各種物理量。

　　

光纖傳感器主要由光源、傳輸光纖
、光電探測器和信號處理部分等組成。其基本原理是將來自光源的光經過光纖送入傳感頭（調製器），使待測量參數與進入調製區的光相互作用後，導致光的光學性質（如光的強度、波長
、頻率、相位和偏振態等）發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)
，成(cheng)為(wei)被(bei)調(tiao)製(zhi)的(de)信(xin)號(hao)光(guang)
，再(zai)經(jing)過(guo)光(guang)纖(xian)送(song)入(ru)光(guang)電(dian)探(tan)測(ce)器(qi)，將(jiang)光(guang)信(xin)號(hao)轉(zhuan)化(hua)為(wei)電(dian)信(xin)號(hao)，最(zui)後(hou)經(jing)過(guo)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)後(hou)還(hai)原(yuan)出(chu)被(bei)測(ce)物(wu)理(li)量(liang)。光(guang)纖(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)一(yi)般(ban)可(ke)分(fen)為(wei)功(gong)能(neng)型(xing)（傳感型）傳感器和非功能型（傳光型）傳感器兩大類。

　　

功能型傳感器是利用光纖對外界信息具有敏感能力和檢測能力的特性，將光纖作為敏感元件
，當被測量在光纖中傳輸時，光的強度、相位、頻pin率lv或huo偏pian振zhen態tai等deng特te性xing將jiang發fa生sheng變bian化hua，從cong而er實shi現xian了le調tiao製zhi的de功gong能neng。然ran後hou再zai通tong過guo對dui被bei調tiao製zhi過guo的de信xin號hao進jin行xing解jie調tiao，得de出chu被bei測ce信xin號hao。在zai這zhe種zhong傳chuan感gan器qi中zhong，光guang纖xian不bu僅jin起qi到dao了le傳chuan光guang的de作zuo用yong，還hai起qi到dao了le"感"的作用。

　　

feigongnengxingchuanganqishiliyongqitaminganyuanjianlaiganshoubeiceliangdebianhua，guangxianjinzuoweixinxidechuanshujiezhi，jiguangxianzhiqidaoguangzuoyong。yuchuantongdedianchuanganqixiangbi，guangxianchuanganqijuyoukangdianciganraonengliqiang
、電絕緣性好和靈敏度高等優點，因而被廣泛應用於各個領域，如環境、橋梁

、大壩、油田、臨床醫學檢測和食品安全檢測等領域。

　　

2.光纖傳感器的發展現狀

　　

自zi光guang纖xian傳chuan感gan器qi誕dan生sheng以yi來lai，其qi優you越yue性xing及ji應ying用yong廣guang泛fan性xing受shou到dao了le世shi界jie各ge國guo的de密mi切qie關guan注zhu及ji高gao度du重zhong視shi，並bing對dui其qi展zhan開kai了le積ji極ji的de研yan究jiu及ji開kai發fa。目mu前qian
，已yi經jing實shi現xian了le光guang纖xian傳chuan感gan器qi對dui位wei移yi、壓力、溫度
、速度
、振動、液位和角度等70多種物理量的測量。美國、英國、德國和日本等一些國家將重點研究放在光纖傳感器係統、現代數字光纖控製係統、光纖陀螺、核輻射監控
、飛機發動機監控和民用計劃等6個方麵，並取得了一定的成就。

　　

我國光纖傳感器的研究工作開始於1983年
，一些大學、科研院所和公司等對光纖傳感器的研究使得光纖傳感技術得到了飛速發展。2010年南京大學工程管理學院教授張旭蘋發明的"基於布裏淵效應的連續分布式光纖傳感技術"通過了教育部組織的專家鑒定。鑒定專家組一致認為
，此項技術創新性強，擁有多項自主知識產權，技術上達到了國內領先、國際先進水平
，具有良好的應用前景。這一技術的本質是運用了物聯網概念，該技術填補了我國物聯網空白。

　　

　　

物聯網的概念是1999年提出的，其英文名稱為"TheInternetofThings"，即"物物相連的網絡"。物聯網是在互聯網的基礎上利用RFID（無線射頻識別）技術、紅外感應器、全球定位係統以及激光掃描器等信息傳感設備將物品與互聯網進行連接，實現信息交換和通信，從而實現智能化定位、智能化識別、跟蹤、監控和管理的網絡。物聯網的技術架構包括3個層麵：感知層、網絡層和應用層。

　　

感知層主要是采集物品在物理世界中發生的各種數據信息
，主要由溫度感應器、聲音感應器
、振動感應器、壓力感應器、傳感器、終端、RFID標簽和讀寫器、二維碼標簽和讀寫器
、傳感器網絡等各種類型的采集和控製模塊組成。

　　

網絡層分為接入層和承載網絡兩部分，該層能夠實現大範圍信息溝通
，通過現在已經存在的移動網絡、互聯網等通信係統，將感知層得到的數據信息傳到地球各個地方
，實現地球範圍內的遠距離通信。

　　

yingyongcengyougezhongyingyongfuwuqizucheng
，gaicengdezhuyaorenwushizaiganzhicenghewangluocengdegongzuowanchengzhihouhuizonghuodedesuoyouguanyuwupindexinxi，ranhouduixinxijinxingzaijiagong，jinyibutigaoxinxidezongheliyongdu。gaicengshiwulianwangyugezhongxingyedeqiaoliang，keyishixianwulianwangjishuyingyongdaogegexingyezhong
，manzuxingyexuqiu
，shixianxingyedezhinenghua。

 

 

　　

由(you)上(shang)述(shu)物(wu)聯(lian)網(wang)的(de)基(ji)本(ben)知(zhi)識(shi)可(ke)知(zhi)，在(zai)物(wu)聯(lian)網(wang)中(zhong)需(xu)要(yao)大(da)量(liang)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)感(gan)知(zhi)各(ge)種(zhong)各(ge)樣(yang)的(de)環(huan)境(jing)參(can)數(shu)，為(wei)物(wu)聯(lian)網(wang)提(ti)供(gong)最(zui)原(yuan)始(shi)的(de)數(shu)據(ju)信(xin)息(xi)，然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)處(chu)理(li)得(de)到(dao)人(ren)們(men)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)結(jie)果(guo)
，因(yin)此(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)物(wu)聯(lian)網(wang)的(de)核(he)心(xin)。

　　

1.在基礎設施工程物聯網中的應用

　　

在公路、橋梁、隧道和建築等重大工程建設及使用過程中，經常會出現隧道局部坍塌、滲漏以及火災，橋梁局部裂縫
、崩beng塌ta等deng現xian象xiang
，不bu僅jin嚴yan重zhong威wei脅xie著zhe人ren民min的de生sheng命ming及ji財cai產chan安an全quan，還hai影ying響xiang了le國guo民min經jing濟ji的de快kuai速su穩wen定ding發fa展zhan。將jiang光guang纖xian傳chuan感gan器qi嵌qian於yu這zhe些xie建jian築zhu物wu或huo者zhe公gong共gong設she施shi內nei部bu，可ke以yi感gan受shou橋qiao梁liang的de結jie構gou變bian形xing、jiegoudongtaitexingjijiaotonghezaidengzhuangkuang
，tongshiliyongzhanglichuanganqiganshousuidaorongyifashengtafangdejubudebianxingqingkuang，zhexiexinxikeyiyuhulianwangxiangjiehe

，xingchengyige"光纖物聯網"，實現對這些基礎設施的長期穩定的實時監測，減少事故的發生。

　　

2.在現代農業物聯網中的應用

　　

物聯網及傳感技術的發展推動了農業現代化技術的進步。將傳感技術應用在農作物的育苗
、生長
、收獲及儲藏等環節
，並形成一個物聯網係統，可以使農業的生產及管理達到高產
、低耗的目的。

　　

在農作物的育苗、生長過程中，通過光纖溫度傳感器、光纖濕度傳感器及光纖二氧化碳傳感器等對農作物生長環境中的溫度

、相對濕度、光照強度

、土壤中的養分、ＰＨzhijieryanghuatannongdudengwuliliangjinxingjiance，bingshishifankuigeiguanlizhongxin
，zaijingguozidongkongzhizhuangzhitiaojiexiangyingdecanshu
，keshinongzuowuyouyigezuijiadeshengchanghuanjing

，dadaokuaisushengchangjigaochandemude。

　　

ciwai，zainongchanpindejiagongjichucunguochengzhong，tongyangyekeyiliyongguangxianwenduchuanganqijiguangxianshiduchuanganqilaihuoquliangcangdehuanjingxinxibingyonglaizhidaotongfengfanshaidengzuoye。duishuiguo、蔬菜等的儲藏需要相應的光纖氣體傳感器來測量乙烯
、氧、二氧化碳、氨
、氟利昂等氣體的濃度。這些信息可以通過物聯網係統反饋到監測中心，進行實時監控，且可以實現遠程控製。

 

 

3.在智能周界入侵防範係統中的應用

　　

基ji於yu光guang纖xian傳chuan感gan技ji術shu的de周zhou界jie入ru侵qin防fang範fan係xi統tong

，是shi近jin年nian來lai隨sui著zhe光guang纖xian傳chuan感gan技ji術shu的de發fa展zhan而er在zai工gong業ye領ling域yu的de一yi大da應ying用yong亮liang點dian。目mu前qian
，應ying用yong在zai周zhou界jie入ru侵qin防fang範fan係xi統tong中zhong的de傳chuan感gan器qi種zhong類lei繁fan多duo
，因yin而er係xi統tong的de技ji術shu解jie決jue方fang案an也ye大da相xiang徑jing庭ting，但dan總zong體ti上shang來lai說shuo，均jun是shi采cai用yong光guang纖xian周zhou界jie入ru侵qin傳chuan感gan器qi來lai感gan受shou外wai界jie侵qin擾rao情qing況kuang，並bing及ji時shi報bao警jing，該gai項xiang技ji術shu可ke以yi廣guang泛fan應ying用yong於yu機ji場chang

、電站和軍事基地等重要場所。

　　

4.其他應用

　　

光纖傳感器由於具有抗電磁幹擾等優點，因此可以應用於電傳感器不易使用的場合
，在國防上

，光纖傳感器可用於水聲探潛（光纖水聽器）、光纖製導、姿態控製
、航天航空器的結構損傷探測以及戰場環境（電磁環境、生化環境等）的探測等
；在電力係統中，可用於測量大型電機的轉子
、定子和高壓變壓器內部的電流
、電壓和溫度等；此外，光纖傳感器還可以用於油氣開采過程中井下的壓力、溫度等參數的監測
、輸油管的泄漏監測等

，這些均可以與互聯網相結合，形成強大的物聯網絡，實現安全生產和管理。

　　

　　

guangxianchuanganqiyiqiduofangmiandeyoudianyuelaiyueshoudaorenmendeguanzhu，qieyiguangfanyingyongyuguominshenghuodebutonglingyu。chuanganqishiwulianwangdehexin
，suizhechuanganjishujiwulianwangdekuaisufazhan，guangxianchuanganjishuyuwulianwangdejinmijiehejiangchengweirenmenguanzhudejiaodian
，qiezairenmendeshengchanheshenghuozhongjiangfahuiyuelaiyuedadezuoyong。