智能光纤传感技术

光纤传感技术及其军事应用

王丹阳

（电子工程学院 20123949）

摘要：文章简述了光纤传感技术和光纤传感器在军事上的重要应用状况，以光纤陀螺为例进行了详细说明，最后简述了光纤传感技术在军事上的发展趋势。 关键词：光纤传感技术 光纤传感器 光纤传感网络 光纤陀螺

1.引言

随着传统通信技术的发展和成熟，光通信技术正朝着超高速、大容量通信的方向发展。而光纤传感技术正是伴随着光纤技术和光纤通信技术的发展而发展起来的一种传感技术【1】。

早在 20 世纪60年代中期就出现了第一个关于光纤传感器专利以来，至今几十年，传感技术成为一项令当今世人瞩目的迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术和计算机技术构成信息产业的三大支柱。

2.光纤传感技术研发进展 2.1光纤传感技术

随着光纤传感技术的发展，传统的通信用光纤及光纤器件已经无法满足传感技术日益发展的需要，在一定程度上制约了光纤传感技术发展速度【2-3】。因而，世界各国将传感用光纤列为光纤技术领域中的重要研究课题之一。

目前,主要通过5种途径研发传感光纤：①对石英光纤进行某些特殊处理，使之获得传感器所需要的特性，这是早期光纤传感器所需要的光纤。②改变光纤结构

光纤传感技术及其军事应用

王丹阳

（电子工程学院 20123949）

摘要：文章简述了光纤传感技术和光纤传感器在军事上的重要应用状况，以光纤陀螺为例进行了详细说明，最后简述了光纤传感技术在军事上的发展趋势。 关键词：光纤传感技术 光纤传感器 光纤传感网络 光纤陀螺

1.引言

随着传统通信技术的发展和成熟，光通信技术正朝着超高速、大容量通信的方向发展。而光纤传感技术正是伴随着光纤技术和光纤通信技术的发展而发展起来的一种传感技术【1】。

早在 20 世纪60年代中期就出现了第一个关于光纤传感器专利以来，至今几十年，传感技术成为一项令当今世人瞩目的迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术和计算机技术构成信息产业的三大支柱。

2.光纤传感技术研发进展 2.1光纤传感技术

随着光纤传感技术的发展，传统的通信用光纤及光纤器件已经无法满足传感技术日益发展的需要，在一定程度上制约了光纤传感技术发展速度【2-3】。因而，世界各国将传感用光纤列为光纤技术领域中的重要研究课题之一。

目前,主要通过5种途径研发传感光纤：①对石英光纤进行某些特殊处理，使之获得传感器所需要的特性，这是早期光纤传感器所需要的光纤。②改变光纤结构

第一章

1.下面哪种常见物品不属于传感器 ( ) A.数码摄像机

B.液晶电视机 C.烟雾报警器

D.红外线感应门

2.下面哪种物品属于光纤传感器 ( ) A.光纤水听器

B.光纤光缆 C.光纤水晶灯

D.激光刀

3.目前，最常用光纤的纤芯和包层构成的材料主要是 ( ) A.多成分玻璃

B.半导体材料

C.石英晶体 D.塑料

4.以下哪种光纤不是根据横截面上折射率的径向分布形式划分的 ( ) A.阶跃型光纤 B.渐变型光纤 C.石英光纤 D.单模光纤 5.以下哪种说法是错误的 （ ）

A.在可见光范围内，大部分媒质的折射率大于1。

第二章 多传感器的光网络技术 2．2．1 网络损耗的主要来源

1．弯曲引起的光纤损耗（弯曲损耗） 弯曲损耗： 宏弯损耗 微弯损耗 1）光纤的宏弯损耗:曲率半径在一个临界值

Rc，R?Rc时附加损耗可以忽略不计；否则，

弯曲损耗指数增加。确定R值是很重要的。多模光纤R?1cm时，附加损耗可以忽略不计。

2）光纤的微弯损耗（1）多模光纤的微弯损耗多模光纤在微弯时，主要是相邻模之间发生耦2合 弯波矢量

k'?kc（微弯周期l?lc）时，损耗最大。

l?lc处的主衰减峰的谱宽为2lc/L，

主衰减峰两侧还有次极大出现。③损耗与微弯振幅A2d（平方）成正比（这一点可以加以利

用）。④损耗与微弯总长度L成正比。

（2）单模光纤的微弯损耗 模斑半径越小，损耗越小。 2．光纤和光源的耦合损耗

1）半导体激光器和光纤的耦合损耗

半导体激光器发出的光不是圆的光班，其发散角在互为垂直的方向上也不一样大。

??I?x,y,z??A?z?exp???2???x?2????2z????y???????????x????y?????x???? 其中

???y??z0x，

??0y

（1）直接耦合的损耗

直接耦合：将光纤端面直接指向激光器发光面（点）。 举例：光纤NA=0

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

基于光纤温度传感技术的温度监测系统

作者：游德智

来源：《电脑知识与技术》2013年第35期

摘要：介绍了基于光纤的温度测量系统的工作原理，对系统的构成进行了阐述。 关键词：光纤；温度；监测

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）35-8138-02

温度监测方法通常分为非接触式测温法和接触式测温法两大类。非接触式测温法的特点是感温元件不与被测对象相接触，通过辐射进行热交换，由于受物体的发射率、被测对象到仪表间的距离及烟尘、水汽等其他介质的影响，这种测温方法一般误差较大。接触式测温法是测温元件直接与被测对象接触，两者间进行充分的热交换，最后达到热平衡，用感温元件的某一物理参数的量值表征被测对象的温度值，其特点是直观可靠，测量范围广，测量精度相对较高。 分布式光纤测温技术是接触式测温法的一种。光纤内传送的是光信号，有良好的抗射频干扰和抗电磁干扰的特点，耐高电压和强电磁场，耐电离辐射，并且光缆还具有阻燃、防爆、耐腐蚀等优点，即使在比较恶劣的有害环境中也能对被测对象的温

第二章 多传感器的光网络技术 2．2．1 网络损耗的主要来源

1．弯曲引起的光纤损耗（弯曲损耗） 弯曲损耗： 宏弯损耗 微弯损耗 1）光纤的宏弯损耗:曲率半径在一个临界值

Rc，R?Rc时附加损耗可以忽略不计；否则，

弯曲损耗指数增加。确定R值是很重要的。多模光纤R?1cm时，附加损耗可以忽略不计。

2）光纤的微弯损耗（1）多模光纤的微弯损耗多模光纤在微弯时，主要是相邻模之间发生耦2合 弯波矢量

k'?kc（微弯周期l?lc）时，损耗最大。

l?lc处的主衰减峰的谱宽为2lc/L，

主衰减峰两侧还有次极大出现。③损耗与微弯振幅A2d（平方）成正比（这一点可以加以利

用）。④损耗与微弯总长度L成正比。

（2）单模光纤的微弯损耗 模斑半径越小，损耗越小。 2．光纤和光源的耦合损耗

1）半导体激光器和光纤的耦合损耗

半导体激光器发出的光不是圆的光班，其发散角在互为垂直的方向上也不一样大。

??I?x,y,z??A?z?exp???2???x?2????2z????y???????????x????y?????x???? 其中

???y??z0x，

??0y

（1）直接耦合的损耗

直接耦合：将光纤端面直接指向激光器发光面（点）。 举例：光纤NA=0

传感器

第十章 智能传感技术

传感器

把具有一种或多种功能， 把具有一种或多种功能，能够完成信号探测和 处理、逻辑判断、双向通信、自检、自校、自补偿、 处理、逻辑判断、双向通信、自检、自校、自补偿、 自诊断和计算等全部功能的器件称为智能传感器。 自诊断和计算等全部功能的器件称为智能传感器。 主要特点有： 主要特点有： (1) 高精度； 高精度； (2) 多功能； 多功能； (3)自适应能力强； (3)自适应能力强 自适应能力强； (4) 高可靠性、高稳定性； 高可靠性、高稳定性； (5) 超小型化、微型化、微功耗。 超小型化、微型化、微功耗。

传感器

10.1 智能传感器的体系结构与功能实现一、智能传感器的体系结构 (一)非集成化结构 将传统的传感器、 将传统的传感器、信号调理电路及带数字接口的 微处理器组合为一个整体。 微处理器组合为一个整体。

传感器

(二)集成化结构 采用微电子机械加工技术和集成电路工艺技术， 采用微电子机械加工技术和集成电路工艺技术， 将传感器、信号调理电路、 将传感器、信号调理电路、微处理器单元集成到一个 硅片上构成。 硅片上构成。

传感器

集成化智能传感器具有以下特点： 集成化智能传感器具有以下特点： 1.微型化 2.结构一体化 3

光子晶体光纤

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０９

科技创新导报

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

陈罗湘１，２

（１．湘潭职业技术学院信息工程系　湖南湘潭　４１１１０２　　２．湖南大学计算机与通信学院　　长沙　４１００８２）

摘　要：近年来，随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入，光子晶体光纤在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容，重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布拉格光栅传感中的应用。

关键词：光子晶体光纤；光纤传感；　高双折射；布拉格光栅

中图分类号：Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｃ）－００１３－０２

１　引言

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等

光子晶体光纤

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０９

科技创新导报

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

陈罗湘１，２

（１．湘潭职业技术学院信息工程系　湖南湘潭　４１１１０２　　２．湖南大学计算机与通信学院　　长沙　４１００８２）

摘　要：近年来，随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入，光子晶体光纤在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容，重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布拉格光栅传感中的应用。

关键词：光子晶体光纤；光纤传感；　高双折射；布拉格光栅

中图分类号：Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｃ）－００１３－０２

１　引言

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等

光纤传感信息采集与处理实验

一、实验目的

1.了解光纤传感技术传感原理；

2.认知高精度扫描激光查询分析仪，掌握其基本操作流程；

3.利用高精度扫描分析仪保存光栅反射光谱数据，熟悉Matlab处理光谱数据方法。

二、实验设备

1. 高精度扫描激光查询分析仪；2.光纤光栅；3.光纤焊接机；4.光纤切割刀；5. SYG-WK光纤光栅实验温控器。

三、实验内容

了解光纤光栅传感原理，利用实验提供的光纤光栅、高精度扫描分析仪、光栅

温控器等设备，完成温度传感实验及分布式传感网络应变传感实验，通过Matlab软件对高精度扫描分析仪采集光谱数据进行处理，并转换成所测温度/应变物理量。

四、实验原理

光纤传感是20世纪70年代问世的一门新技术，是以光纤作为信息传输介质、以光作为信息载体的一种传感技术。光纤传感的原理：来自光源的光波经过光纤进入调制区受到外场作用，导致描述光波光学特性的待测参量（如光强、波长、频率、相位、偏振态等）变化而成为被调制的信号光，再经光纤传输进入光探测器，经解调器解调后获得被测参量信息，从而推知外场待测量的分布和强度。

本实验利用光纤光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）进行传感，当一束宽光谱光经过FBG光纤光