光纤压力传感实验系统研制(2)

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3.4.5 实验四 19

3.4.6 实验五 21

4结论 22

展望 23

致谢 24

参考文献 25

1 引言

1.1 项目背景

1.1.1 宏观背景

在当代社会中，光纤通信技术迅速发展，在此基础上，光纤传感技术也在向着更强的方向发展。他们都是以光为载体的，传输的介质为光纤。光纤传感技术的整个系统被用来感知外界的环境变化，这种外界变化使传输介质——光纤的物理性质或其中传播的光波的参数发生改变，利用这种特质，再加上探测器、放大器等结构就可以制作成完整的光纤传感结构。这种结构与先前传统的压力传感器相比，有很多的优点，首先就是其结构简单，质量小，其物理性质稳定，绝缘性好，抗电磁干扰，可以在易燃易爆的环境中应用[1]。

始于1977年，光纤传感技术这一新型的传感技术伴随着光纤技术和光通信技术的研究和发展，迅猛地席卷了全球。近几年，光纤传感在各个生产领域都得到了卓有成效的发展和推广。无论是机械、电子仪器，还是石油、化工甚至是食品安全的领域都有自己存在的特色，以及必须存在的理由[1-5]。在中国，经过三十多年的发展，中国式的光纤传感市场的产业化格局基本形成，由一开始简单的技术产品的推广渐渐朝着成熟的整体解决方案迈进，以蜘蛛网的形式迅速蔓延到各行各业。资料表明2014-2019年光纤传感器的市场增速在逐步提升[7]。

经过20多年的发展，在技术上得到了很大的进步，出现了很多实用性的产品，需求是永无止境的，现在的技术对很多需求只能望而观止。光纤传感器的应用范围很广，在很多恶劣的环境中它都可以坚强的存活，所以在很多恶劣的环境中运用的发展十分有前途。它在这些领域，用自身特点带来的实验结果解决了很多行业多年的技术困惑，市场十分广阔。比如，在城市建设中的桥梁、大坝、油田等领域光栅压力传感器的应用；在电力系统中，它的绝缘性可以便利的测量温度和电流等参数；在石油化工系统以及矿井、大型电厂等，在这些地方需要测量氧气、碳氢化合物、co2等气体的浓度，以前采用的电类传感器虽然可以测量，但是测量时的安全得不到保障，测量的精度也达不到目标精度；在环境监测中，在临床医学、食品安全监测等方面光纤传感器的出现都是一个福祉。

1.1.2 微观背景

目前光纤传感器的发展方向大概分五类：传感器的实用化研究，将光纤对不同的物理量可以同时进行测量；提高分布式传感器的空间分辨率、灵敏度、降低它的成本，然后利用其特性去设计复杂的传感器网络工程；传感器用特殊光材料和器件的研究。比如：增敏和去敏光纤、荧光光纤、电极化光纤的研究等。这些研究会打开光纤在新的领域工作的大门；在恶劣条件下，比如高温、高压、化学腐蚀、这样的环境下进行光纤的实验，研发出既能抗恶劣环境又能把成本降到最低的光纤。光纤在某些化学环境中是十分脆弱的，这就要加强它的包层的抗化学性；最后一个发展的方向是新的传感机理的研究，进而开拓新型光纤传感器。

1.1.3我对光纤的定义

光纤简介：光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，由纤芯、包层以及涂覆层组成。光线主要在纤芯内传输，利用的原理就是全反射原理，包层和纤芯对比，光速大的叫光疏介质，光速相对小的叫光密介质，在光疏介质中绝对折射率小，纤芯作为光密介质，包层作为光疏介质，包层包裹在纤芯的外部，光在纤芯中传播时，入射角超过临界值，折射光会完全消失，所以光在纤芯中传播的时候是全反射状态向前传输的，损耗低，又有包层作为保护，提供反射面和光隔离。所以光纤整体的传输效率很高。而且在物理性质上光纤的纤芯是非常脆弱的，稍微弯曲就会折断，包层给了纤芯很好的保护。