光纤传感技术论文篇（1）

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。

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光纤传感技术论文篇（2）

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光纤传感技术论文篇（3）

1 引言

物联网是通过射频识别技术（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备按照约定的协议把一些有联系的实体通过互联网相互连接到一起进行信息的传输和传递，可以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络实现概念。这种概念是在互联网的概念基础上发展起来的，是将用户端延伸并扩展到任何物品与物品之间进行通信和信息交换的网络概念。近年来，随着光纤通信技术的不断发展，进而出现了光纤传感技术。

自光纤传感技术开始发展以来，光纤传感器因具有多种优点而得到了快速发展，例如体积偏小、灵敏度非常高、抗干扰能力强等，现如今，已经被广泛应用到很多领域，如：医药制造、船舶、土木工程等。特别是当前物联网快速发展的情况下，光纤传感技术的地位越来越重要。我们将在本文中对物联网中的光纤传感器的结构、分类以及一些其他在物联网中的应用实例进行详细的介绍，例如光纤陀螺、光纤水听器、光纤光栅传感器和光纤电流传感器。对于在物联网前沿应用中的应用十分广泛的布里渊效应的连续分布式光纤传感技术也会有介绍。

2 关于物联网的界定和构成

物联网指的是借助红外感应器、定位系统、激光扫描等传感设备，遵循特定的协议，将物品和互联网紧密联系在一起，从而完成信息交换与通讯，从而最终实现智能化识别、跟踪、定位和管理的网络。物联网指的是在任何时间、地点把任何人、物品等以任何方式连接在一起，从而满足人们的多种需求的网络。也就是说，物联网是实现物物相连的一种网络。

物联网主要由三部分组成，即感知层、网络层以及应用成。其中，感知层是实现智能感知的功能，涉及到信息的采集、获得与识别功能。而网络层是传送信息与进行通信的。但是，对于应用层来说，主要涉及到各类的应用，例如：电网应用、农业应用、工程建设安全等方面。

3 光纤传感器的原理与发展现状分析

3.1 光纤传感器原理和分类

光纤传感器由几部分组成，包含光源、传输纤维、探测器、信号处理设备等构成。它的工作原理是把光通过光纤输送到调制器，这样一来，测量参数和调制区内的光进行作用后，从而使光的性质发生巨大的改变，使光源发出的光变为被调制的信号光，然后，再借助光纤把光传送到光电探测器，进而把光信号转变为电信号，最终由信号处理设备将北侧物理量进行还原。

在实际生活中，光纤传感器种类是非常多的，但是，我们将这些传感器类型归结为两大类型，即传感型与传光型。和传统电传感器进行比较，光纤传感器具有很多的优点，例如抗干扰能力较强、绝缘性好、灵敏度偏高，所以，当前在各个领域都有光纤传感器的身影。

3.2 光纤传感器的现状分析

自出现光纤传感器后，它的优势与应用引起了各个国家人们的高度关注。并且对光纤传感技术进行了深入的研究。现如今，通过光纤传感器可以对位移、温度、速度、角度等物理量进行测量。现如今，很多西方发达国家将对光纤传感器研究的重点放在光纤控制系统、核辐射监控、民用计划等多个方面，同时已经取得了可喜的成绩。

我国对光纤传感器的研究起步较晚，有很多研究所、企业等对光纤传感器的深入研究促进了光纤传感技术的发展。在2010年，张旭平的关于“布里渊效应连续分布式光纤传感技术”通过了专家的鉴定。专家组都认为此技术有很强的创新性，技术已达到世界先进水平，因此，有广阔的发展前景。此技术的发展主要是应用了物联网技术，从而加速了我国物联网的发展。

4 光纤传感技术在物联网中占据的地位

传感器成为物联网极其重要的一组成部分。因此，传感器性能好坏决定了物联网的性能好坏。可以说，物联网获得信息的主要手段为传感器。这样一来，传感器所采集信息的可靠性与准确性都会对控制节点处理和传输信息产生一定影响。由此看来，传感器的可靠性、抗干扰性等都会对物联网应用性能发挥举足轻重的作用。

光纤传感技术论文篇（4）

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。

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光纤传感技术论文篇（5）

引言

随着我国经济建设的快速发展，各类土建工程纷纷上马，其中不乏很多大型工程结构和基础设施，如超高层建筑、水坝、桥梁、隧道、地下人防工程等。这些大型工程结构往往服役时间较长，在其使用期内由于地震、洪水和台风等环境因素的作用不可避免的要产生损伤。这些大型结构的健康监测工作因而变得十分重要，工程监测也已发展成为一个重要的研究课题。

目前广泛用于工程结构上的检测系统，主要由若干种传感器构成。这些传感器布设在结构中，采集应力、应变、位移、温度等物理力学参数。常规的传感器有差动电阻式、电阻应变计式、电感式、弦式等，其中最常用的是差动电阻式及弦式传感器。常规传感器有着悠久的使用历史和广泛的应用；在大量的使用过程中，工程人员也积累了许多实际经验，因而仍是目前建构健康监测的主力。但是另一方面，常规传感器在实践过程中也包露出其局限性，主要表现在[1]：

1.点式检测，监测范围小，连续性不好。常规传感器的点式布置方法决定了其在空间分布上的不连续性，这种不连续带有一定的随意性，最危险的部位常常会被遗漏；由于传感器在结构物中不能无限地布设，因而实际检测效果要大打折扣。

2.传感器成活率低、稳定性差。常用的传感器多为橡胶导线、金属封装，在恶劣的环境中橡胶老化、金属氧化腐蚀，接触不良、线路断裂更时有发生，导致传感器实际成活率和稳定性均不高。

3.自动化程度低、覆盖率有限、集成度差。目前工程中很多监测技术实则为检测技术，属于静态观测，而非实时的，这无法满足工程监测自动、实时的要求。此外，传感器的点式布设方式决定了其覆盖率不会很高，对长达数十公里（隧道）或数十平方公里（大型基建设施）的工程而言，这一方法显得无能为力。

随着现代科技发展，传统的结构健康监测技术也面临着更新换代，现代化的结构健康监测需要新鲜血液的补充。本文旨在介绍近十几年发展迅速的光纤传感技术并着重介绍其在土木工程监测中的应用现状及发展。

1.光纤传感技术

光导纤维（Optical Fiber），简称光纤，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。当光纤所处位置的温度、应力等环境条件发生变化时，会引起光纤传输的光波强度、相位、频率、偏振态等特征参量变化，通过测量这些光波量的变化，就可以分析得到相应的温度、应力等物理量的变化，这就是光导纤维传感器的原理[2]。按照是否对测量信号进行调制来划分，光纤传感器可分为非本征型和本征型两类[3]。非本征型管线传感器中光纤只传输信，作用相当于导线，由其他探测装置调制获取信号。本征型光纤传感器不仅传输信号，也起着传感作用。我们通常所说的光纤传感器即是指本征型光纤传感器。其原理如图1所示。

与传统的电信号传感器相比，光纤传感器的主要优点如下[4，5]：1.抗电磁干扰能力强。适用于恶劣环境中的监测工作。2.体积小、质量轻。便于埋入结构内部，对被测结构影响小。3.耐腐蚀。光纤表面涂覆层是由高分子材料组成，耐腐蚀性强，适用于长期监测。4.能实现分布式测量。适用于大体积、长线路的监测工程。5.灵敏度高。由于采用了波长调制技术，测量分辨率可达到波长尺度的纳米量级。

目前国际上主流的传感技术包括[6]：基于自里渊散射和受激布里渊散射原理的全分布式光纤传感技术（如BOTDR/BOTDA）、基于拉曼背向散射原理的全分布式光纤传感技术（如ROTDR）、基于瑞利散射的全分布式光纤传感技术（如OFDA）以及基于布拉格光纤光栅的准分布式光纤传感技术（如FBG）等。国际上光纤传感器的研究与应用处领先地位的美国和日本，其中美国偏重于军用而日本偏重于民用；此外，在欧洲关于光纤传感器的研究与应用也开展得较为广泛。目前国内发展较成熟、应用较多的是基于自里渊散射BOTDR传感技术和基于布拉格光纤光栅的FBG传感技术。

1.1BOTDR基本原理

BOTDR是布里渊光时域反射计（Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer）的简称。光在光纤中传输会产生非线性散射，其中布里渊散射的阈值较低，是较为常见的一种非线性散射。布里渊散射同时受温度和应变的影响，当光纤沿线的温度改变或存在轴向应变时，光纤中背向布里渊散射光的频率将发生漂移，而此漂移量与光纤温度及应变的变化呈线性关系，因而通过测量漂移量即可得到光纤沿线温度和应变的分布情况。

1.2FBG基本原理

FBG是布拉格光栅（Fiber Bragg Gratting）的简称。FBG是利用光敏光纤在紫外光照射下产生的光致折射率变化效应，使纤芯的折射率沿轴向呈现出周期性分布而得到的。在光纤光栅全长范围内，周期和折射率是均匀的。当待测量（温度或应变等）发生扰动时，光纤光栅的折射率和周期将发生相应的变化，进而使光纤光栅的布拉格反射波长漂移，而通过测取此波长的漂移量即可获得待测量的变化[9]。

2.光纤传感技术的工程应用

光纤传感技术广泛引入我国是近20年的事，在科研之余，许多学者致力于将这一技术推广到工程应用，并在结构工程、隧道工程、边坡工程、基坑工程等各领域取得了显著的成果。

2.1结构监测

大型结构工程因其结构与施工的复杂性，常需进行多点监控，传统的传感器布设效率低且存活率差，往往不能得到理想的监测结果。光纤传感器体积小且属于分布式，很适合大型工程施工监测。李宏男等[10]采用了不锈钢钢管封装自行研发的FBG应变传感器与温度传感器，并将其埋入一栋5层的钢混结构，监测在在施工过程中梁、柱的应变与温度变化。其研究结果表明，埋入的FBG传感器可以方便地监测施工过程中混凝土结构内部温度与应变的变化，为混凝土结构的健康监测提供详实的依据；并且，用该种方式封装的FBG传感器传感性能良好，成活率高，寿命长，这为光纤传感器在结构内部布设提供了一个良好的思路。

赵鸣等[11]应用FBG进行大体积混凝土基础表面温度和内部最高温度的监测。通过在混凝土内部埋置光纤光栅传感器来对在浇筑以及养护过程中的温度变化进行实时监测，成功预测了基础混凝土中的温度应力，并采取有效措施控制了混凝土的最大温差，确保了基础底板混凝土的施工质量。

2.2隧道工程

隧道工程往往工程量大、安全要求高，需要监测的数据量也大，其特殊的监测需求正与光纤传感监测特性相匹配。施斌等[12]在一个隧道工程实例中引入了BOTDR传感监测技术，应用以全分布为主，点测为附的全线布测方案，实现了结构整体变形及局部破损点位变化的监测。此外，通过人为制造1m 长度应变段，验证了监测系统的灵敏性；并通过与室内试验结果的误差比对，验证了精度。

2.3边坡工程

边坡工程最为常见、分布广泛，每个边坡工程都需要进行大量、系统的监测，将光纤传感技术用于边坡工程是物尽其用。基于光纤布拉格光栅研制了原位测斜仪。以原位测斜仪在边坡坐标系中的位置和滑裂面的形状为约束条件，建立最优化数学模型来推求潜在滑裂面的具置。在工程现场安装了近百个光纤光栅传感器，组建了一个光纤传感边坡监测与预警系统，对边坡的加固效果及稳定状态进行了长期监测。监测的主要对象是边坡的变形趋势以及土钉、

抗滑桩的受力性状。施斌[12]等通过室内小比例尺模型试验，分别将光纤植入土工布和土工格栅等柔性复合材料中并一起铺设在边坡模型不同深度处，利用BOTDR监测边坡在外荷作用下的变形特征。

2.4基坑工程

同边坡工程相似，基坑工程分布广泛，监测任务繁重，很适合引入光纤传感监测手段。

2.5其他工程监测

在模型试验、管道工程、海堤工程中，基于光纤传感技术的监测手段也被广泛应用。

3.结论

1.光纤传感技术具有分布式、长距离、实时性、抗干扰性强和耐久性长等特点，具有较高的应变测量精度，是大坝、桥梁、桩基础、基坑、边坡、隧道等工程的一种理想监测技术；

2.文中提及的两种光纤检测技术，FBG适用于模型试验或具体工程关键部位的检测，定位精准；BOTDA/BOTDR适用于大型工程的全线监控。二者结合使用可以建立疏密结合的空间检测网络，即可覆盖室内模型试验、具体工程项目节点部位检测、以及大型模型或大型工程的全线监控。

3.光纤传感技术及其应用还有进一步的发展空间，需要大量的理论及实践研究。

参考文献：

[1]施斌，张丹，王宝军.地质与岩土工程分布式光纤监测技术及其发展[J].工程地质学报，2007（Suppl.2）：109-116.

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[9]孙汝蛟.光纤光栅传感技术在桥梁健康监测中的应用研究 [D].上海：同济大学.2007.

光纤传感技术论文篇（6）

随着科技的发展，在当今社会出现越来越多的大型、特大型工程，这些工程在人们的日常生活中带来了巨大的方便的同时也承担着巨大的安全风险。所以对这些工程的安全性、可靠性、稳定性要进行全方位的监测，把安全隐患降低到最小，做到防患于未然，保障人民的生命财产安全。光纤传感技术可以对结构的整体性和受力进行实时监测，而且可以进行设备的控制。光纤传感技术在我国应用在土木工程和建筑项目的工程案例还不是很多。一方面是由于我国相对于西方欧美发达国家在光感技术方面发展较晚，科技不成熟的原因;另一方面是由于光感核心技术被西方大的科技公司垄断，卖给中国的光纤技术设备的价格过高。

1光纤传感器的发展

在1989年美国布朗大学的Mendez等人首次将光纤传感器埋入混凝土结构中进行安全监测，接着欧美等发达国家的一些学者开始将这一高新技术用在了建筑工程的研究，并取得了很好的成果［1］。为了检测应力分布，Hendriek等［2］人把单模光纤埋入混凝土和土壤的飞行跑道上。美国多伦多大学Measure等人在1993年建于Calgurg市的世界首座预应力碳纤维高速公路桥上埋人Bragg光栅传感器，并对其内部的应力变化状况进行了监测。Wolff和Miesseler［3］在一座53米长的桥梁上将光纤传感器埋入桥面内，测量了延伸率和拉应力。光纤延伸率的测量揭示了桥梁内温度和蠕变的影响因素。美国Vermont大学的Hustin．Fuhr等人在该校的一栋6000m2大楼的建造过程中埋人光纤传感器，用来监测结构的安全状况。他们还在一些人行天桥、州际公路桥、铁路桥及大坝中埋人光纤传感器，监测其应力应变、结构振动、结构损伤程度、裂纹的发生与发展等内部状态，取得了较好的测试效果。在国内，这项新技术也被应用于许多重要工程。上海紫珊公司将光纤光栅传感器成功应用于上海卢浦大桥［4］。香港理工大学的研究人员设计和建立的光纤光栅传感网络用于香港青马大桥［4］。三峡工程中也使用了分布式光纤传感器监测裂缝和大体积混凝土的温度。另外，在古洞口面板堆石坝和重庆鱼跳电站混凝土面板堆石坝中均应用了分布式光纤传感器监测坝体裂缝［5］。

2光纤传感器在土建工程中的应用［6－7］

因为混凝土具有徐变特性，刚浇筑的混凝土收缩量大导致许多传感器都不能检测混凝土的收缩应变，但是光纤传感器可以。建筑工程实体在建筑过程中埋设光纤传感器可以对结构内部的应力、应变进行实时监测，并且可以方便的确定受损部位的位置及混凝土强度的非破坏性测量。并且可以通过在建筑实体的关键部位铺设光纤传感器来监测混凝土中裂缝、钢筋、空洞发展变化情况。目前光感技术也运用到了建筑结构的基坑中。由于光纤传感器在埋入时混凝土的固化、振捣等原因导致光感器失灵，所以在实际操作上有待进一步的研究。光纤传感器在土木工程中对结构的监测变得越来越活跃，实测得出的数据对道路桥梁等工程的维护、安全有重要的作用。铺设的光感器和裂缝方向有接触，在不需知道裂缝方向的前提下，可以通过计算对形成裂缝的原因进行详细分析。在大体积混凝土浇筑时释放大量的热，光纤温度传感器可以检测混凝土内部的温度，可以实时监测控制温度预防温度裂缝的产生。光纤感温传感器因其具有较高的灵敏度，不受电磁干扰，长久的耐用性以及较精准的定位性等优点被应用在隧道的消防安全保护工作中［7］。光纤气体传感器可以对对空气中气体进行检测。在沥青路面铺设光纤光栅得到的应力应变波形图通过模拟与实测对比可以进一步的对沥青路面的病害进行研究。

3结论

光感技术已发展20年有余，在很多的领域都发挥了重要的作用，但是在工程应用领域特别是国内，传感器还处于初步的研究和开发阶段，其自身的技术、材料、耐久性、准确性以及造价等一些问题有待解决。尽早的让光纤技术成熟化和商业化对现代社会的建筑、公路、桥梁等的研究有巨大的帮助。使用光纤传感技术可以对桥梁、公路、建筑等进行长期检测，进而可以有效地降低安全事故的发生，有效的保障人民的生命财产安全;也可以合理地分析各方面的病害对工程实体造成影响的原因。未来越来越多的智能技术会应用到土建工程中来，光纤传感技术在土建工程中拥有较为广阔的前景，它不仅可以给土建工程检测带来全新的发展方向，而且也具有重大的科学意义和社会效益。

参考文献

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［5］蔡德所．光纤传感技术在大坝工程中的应用［M］．北京:中国水利水电出版社，2002．

光纤传感技术论文篇（7）

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

光纤传感技术论文篇（8）

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0026-01

目前光纤传感器在多个应用领域都有着广泛的传播，并且起到了不错的促进作用。为了更好的发挥其功能特点，在今后的研究过程当中，应该增强技术创新与发展，从而促进光纤传感技术性能的发挥。以下就光纤传感技术的发展与应用进行探讨分析。

1 光纤传感技术的发展

1.1 光纤光栅传感器

近几年，光纤光栅传感器成为了国内外的研究热点。一般的光纤光栅传感器都是通过对布喇格波长的漂移量进行测量来实现对被测量的检测。此种传感器可以很方便的构成分布式的结构，其灵敏度相对比较高，能够代替其它结构类型的光纤传感器，可以实现对大型的构件的实时监测，在一根光纤当中可以进行多点测量。由于光纤光栅传感器的多种优势，在很多场合都可以进行测量。至今国内外对其进行研究的范围主要体现在几个方面：

（1）对传感网络技术、封装技术等时机应用的研究；（2）α槊舳雀摺⑿⌒突、低成本的探测技术的研究；（3）对能够同时感测温度变化以及应变的传感器的研究[1]。

1.2 阵列复用传感系统

利用时分复用、空分复用以及波分复用等方式，将单点的光纤传感器进行阵列化，从而实现空间当中多个点分时或者是同时传感。如今应用比较广泛的有基于干涉结构的阵列光纤传感系统和光纤光栅阵列传感系统。这种阵列式的光纤传感系统能够进行长距离大范围的多点传感，同时也是大规模的光纤传感器的主要发展方向。在今后的研究过程当中，阵列式光纤光栅传感器的主要研究方向为综合复用式的应用，比如说将干涉型检查速度快、结构灵敏度高的特点融入到光纤光栅传感系统当中，使其与光纤光栅的插入损耗低、易于光纤耦合以及高波长选择性能的特点相结合，融合之后的结构对于大规模组网传感系统非常适合。但是阵列式的研究方向对传感元件的稳定性、灵敏度等也提出了更高的要求。

1.3 分布式光纤传感系统

这种类型的传感系统是根据沿线光波分布的参量以及被测量随着时间与空间变化的分部信息，进行大范围的并且长距离的连续传感，这代表了目前光纤传感器的一个重要的发展方面。从不同的技术类型的角度来看，可以分为前向传输耦合、布里渊散射、自发拉曼散射以及后向瑞丽散射四种技术类型。不同种技术类型的光纤传感器有着各自的特点，应该根据实际的应用来进行合理的选择。另外分布式的光纤传感系统可以实现空间的测量连续性，这样就很好的避免了使用多个分立的传感元件，从而降低了生产成本。但是为了达到更高的测量精度以及更快更好的测量，还需要进行更深一步的研究，其主要的研究方向包括几个方面：

（1）新型的传感机理的研究；（2）降低测量时间、扩大测量范围；（3）增强系统的空间分辨力以及对信号接收与处理的检测能力；（4）实现单根光纤上多个参数的策略[2]。

1.4 智能化光纤传感技术

其智能化主要表现在实现信号的获取传输与处理的一体化；实现多个功能的智能化；实现计算机技术、光纤通信传感技术的融合。如今在多个应用领域都对智能化的光纤传感系统有着非常广泛的应用，比如说石油测井、声发射检测以及环境感知等。这项技术能够对其周围的环境进行自我的感知、判断、复性等多种功能，除此之外在土木工程、医疗、航空航天等多个领域也应用非常广泛。

2 光纤传感技术的应用

2.1 在工程方面的应用

光纤传感技术在工程方面得到了非常广泛的应用。主要表现在对对布里渊光时域反射、拉曼光时域反射、光纤光栅等多种技术的应用。其中布里渊散射在对长距离的分布式应力进行监测时得到应用，另外在对大中型建筑工程的稳定性进行监测的时候也有所应有；拉曼光时域反射在对建筑物的火灾与渗透监测时得到应用；光纤光栅技术在对隧道以及桥梁的重点部位进行监测是应用较为广泛。

2.2 在电力领域方面的应用

伴随着人们对电力的要求不断提高，传统的传感器已经达不到人们的基本需求。以光纤传感技术为背景，构建的光纤电流传感器能够极大地提高电网的稳定性能，并且顺应了智能化电网的发展趋势，降低了供电损耗，提高了供电的质量，响应了国家节能减耗的号召。但是由于光纤传感器对外界的温度有着很强的敏感性，因此对其耐温性能有待进一步改良。

2.3 其他方面的应用

光纤传感器在石油工业、医用领域、复合材料领域等方面也有广泛的应用。在石油工业方面，基于反射光强的泄露和液位以及传输损耗调制的传感器，部分已经流入市场来用于对石油勘探的光纤加速度传感器以及光纤压力传感器在多个国家已经进行了大量的研究；在医用领域方面，对以激光多普勒频移技术为基础的血液流速进行测量。

3 结语

光纤传感器的优势在光电技术领域逐步的凸显出来，实现了与光纤通信技术、计算机技术等的融合，在多个新型应用领域都有着非常广泛的使用。以光纤传感技术为基础的各种传感器也得到了广泛的发展，所以，为了进一步促进光纤传感技术的发展，就必须不断地进行创新研究，根据实际情况，研究出更好的光纤传感器。

光纤传感技术论文篇（9）

1. 引言

分布式光纤传感技术适用于桥梁工程的检测以及施工过程监控。其原理基于在光纤中传播的激光会发生布里渊散射，而散射光的频率，会随所在的点的温度和应变发生变化，这两种效应都是线性的。一般使用通讯光纤布置于工程构件，进行测量，因此，必须对光纤进行标定。标定后的光纤，其频移与相应的温度或应变有一个明确的换算系数，单位是Hz/℃，以及Hz/?ε.

为了标定光纤，我们制作了专用标定台。由钢质简支梁组成，采用砝码做四点弯曲加载，因此中段是纯弯曲段。梁的弹性模量、尺寸已知，因此可以在理论上确定弯曲应变、应力。在纯弯曲段贴应变片，测试应变值作为校验。由于本次试验目的在于检验标定方法和标定方案的合理性，采用一段已经标定过的光纤做实验，其标定值为0.051MHz/?ε，本文不做应变片以及砝码载荷下理论应变的校验分析。

2. 试验材料和仪器

此次试验同时标定的光纤有：（1）裸光纤；（2）普通紧套光纤；（3）铠装紧套光纤。

三组光纤稍微预张拉后分别粘贴在钢梁的下侧即受拉一侧，三条光纤线路分别连接好（激光笔测试光路通畅），各自编号，各自线路上对应的待测纯弯段距离范围量测准确后，即开始测试。

测试仪器为日本 NBX6050分布式光纤监测仪。图1是实验装置。

图1 实验装置

3. 测试结果及数据分析

本文仅分析裸光纤的标定结果，另两组光纤的标定，数据处理较复杂，将另文发表。

实验过程包括加载砝码、运用光纤监测仪发出激光、读取散射光、分析频移得出数据。数字化的数据以电脑文件形式保存。图2是由数据画出的裸光纤的测量曲线。其中中段是纯弯曲段的响应，两侧有非纯弯曲段以及光纤引线的响应。

图2 裸光纤应变曲线

根据数字化的数据文件，数据导入excel绘制散点图并拟合线性直线

得出结果见表1. 拟合的直线见图3。根据直线方程，可以知道其标定系数。

表1 拟合直线的数据

图3 拟合的线性度及其斜率

拟合线性方程式表明裸光纤的标定值在0.0508-0.0514MHZ/?ε之间。与名义标定值符合较好，也符合一般光纤的平均特性。

4. 结论

通过使用标定台，对光纤进行试验性标定，确认名义应变系数为0.051的光纤，其标定系数在0.0508-0.0514MHZ/?ε之间。标定的最大相对误差为0.78%. 研究表明，这种标定台性能较好，标定方法合理。

本次试验还有很多其他数据待分析，将另外撰文发表。

参考文献

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光纤传感技术论文篇（10）

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。