分布式光纖感測器市場調查

Ⅰ 基於GIS的大型工程分布式光纖感測監測系統研究

基金項目：國家傑出青年基金項目（40225006），國家教育部重點項目（010886），南京大學985工程項目。

索文斌王寶軍施斌劉傑

（南京大學地球科學系地球環境計算工程研究所，南京，210093）

【摘要】BOTDR是一種新型的分布式光纖感測監測技術，其分布式、高精度、長距離、實時性、遠程式控制制等特點，已逐漸受到工程界的廣泛關注。由於監測是分布式的，所以得到的數據與地理位置具有重要的相關性。結合工程實踐中遇到的具體問題，研發了一套基於GIS的大型工程分布式光纖感測監測系統。本文重點論述系統的設計要求，包括設計目標、技術框架和特色功能。結合某隧道 BOTDR監測工程開發的一套相應的監測數據管理系統，實現了工程監測數據的採集與管理、監測結果的可視化、監測信息的對比查詢等功能，是一套集智能化分析與決策化管理為一體的多功能管理系統。

【關鍵詞】BOTDRGIS分布式光纖感測器監測系統

1引言

光纖感測技術以其良好的耐久性、抗腐蝕、抗電磁干擾，適合於在惡劣環境中長期工作等優點受到越來越多的工程建設者和科研人員的重視^[～3]。BOTDR(Brillouin Optic Time-Domain Reflectometer）布理淵光時域反射計，作為新型的分布式感測技術，逐漸得到工程界的認可。日本、加拿大、瑞士等國已成功地將該技術應用到水壩、樁基、邊坡、堤岸等工程的監測中^[～3]。我國自2001年由南京大學地球環境計算工程研究所率先從日本引進該技術以來，開展了大量的室內外實驗研究，並成功地完成了多個工程項目，取得了一系列重要的研究成果^[4-7]。

在具體應用中，BOTDR所提供的監測結果存在諸如直觀表現差、數據配准和空間定位困難、綜合管理功能弱等方面的缺陷，未經過系統培訓的工程技術人員，很難讀懂 BOTDR的監測結果，後期成果處理也非常繁瑣。本文針對大型工程分布式光纖感測監測領域存在的數據分析與管理中存在的不足，提出了一套比較切合工程實際的解決方案，並結合具體工程實例設計和開發了一套應用系統。實踐表明，該系統可以很好地實現對監測數據的採集與管理、監測結果的可視化顯示以及監測信息的對比查詢等功能。

2問題的提出

2.1 BOTDR的監測原理^[1]

激光在光纖中傳播時，光波與光聲子相互作用即會產生布理淵散射光。當環境溫度的變化量不大（T≤5°）時，布理淵光頻率漂移量（v_B）與光纖所受的應變數（ε）成正比，其關系式如下式所示：式中：υ_B（ε）表示光纖受到ε應變時的布理淵頻率漂移量；υ_B(0）表示光纖不受應變時的布理淵頻率漂移量；

為比例系數，約為0.5GHz；ε為光纖的實際應變數。

地質災害調查與監測技術方法論文集

為了得到沿光纖分布的應變信息，只需測量沿光纖分布的布理淵頻率漂移量的變化情況，沿光纖距離光源為Z長度的點可由下式求得：

地質災害調查與監測技術方法論文集

式中：c為光速，n為光纖折射率，T為自激光發射與接收到布理淵散射光所經歷的時間。

監測原理如圖1所示。

圖1BOTDR的應變監測原理圖

2.2 BOTDR在結果表現上存在的問題

在實際工程應用中，根據工程實際情況的不同，可按照不同的黏著方式將感測光纖粘貼在所需監測結構（或材料）的表面，從而獲得被粘貼結構（或材料的）沿光纖的徑向應變分布信息。但 BOTDR所提供的監測結果存在以下幾個方面的缺陷：

（1）海量數據的綜合管理缺陷。BOTDR提供的監測數據是沿光纖徑向的每一點的應變信息（點之間的間距和儀器的距離分解度相關），而這些點的應變信息是以數據點的形式給出的，造成原始數據繁多復雜。

（2）實際里程與監測結果的數據配准問題。分布式光纖感測器在實際鋪設過程中，出於定位需要，經常預留一些冗餘光纖，為了將所測得的應變數和實際的光纖里程對應起來，必須獲得發生應變部位距離光纖光源的實際里程，而 BOTRD提供的監測里程是光纖的實際長度（包括冗餘部分），並不是工程實際里程，也就是說監測結果與實際里程之間存在數據配准問題。

（3）監測結果的直觀表現不佳。BOTDR原始監測系統並不提供閾值設定功能，即對於特定的工程而言，我們必須人為地設定閾值尋找應變異常信息。

（4）實測數據影響因子多。BDTOR監測結果是在諸如溫度影響在內的多種因子的影響下測得的數據，未經處理的實測數據可信度差。

（5）缺乏面向最終用戶的監測數據。BOTDR監測結果是未經配准和處理的純文本文件，這些數據並不是面向最終用戶，而是面向具有 BOTDR操作經驗的科研人士，也就是說未經專業培訓的工程技術人員很難讀懂 BOTDR的原始成果。

3基於GIS的大型工程分布式光纖感測監測系統設計

3.1系統設計目標

針對上述所存在的問題，基於GIS的大型工程分布式光纖感測監測系統應該遵循以下的總體設計目標：

（1）完成對所監測工程的日常健康診斷，分析工程安全性。以應變分析為核心，建立工程安全評價體系，完成對影響規劃、管理、決策及科學研究的數據進行儲存更新、查詢檢索、智能評價、統計分析、類比判別和制圖製表等任務，提高工程管理質量和效率。

（2）利用BOTDR提供的數據，經系統處理後再配合工程實地調查數據，完成以工程質量為目標的各項監測工作。應用橫向縱向兩方面類比模式監測工程安全性，即利用不同光纖反饋回來的數據，以及同一根光纖不同時間測試的數據進行類比分析，得出工程可信的結果。

3.2系統技術框架

結合目前GIS的發展趨勢，並考慮工程實際的可操作性，系統應用ESRI公司提供的MapOb-jects組件，在Visual Basic 6.0環境下開發了以組件式GIS為核心的管理系統，系統的技術框架如圖2所示：

圖2系統技術框架圖

從圖2的技術框架圖中可以直觀地看出，系統設計以各種不同用戶的需求作為指導，並在開發中通過信息反饋不斷更新和完善系統功能及工作模式。系統以基礎地理及屬性資料庫為基礎利用GIS的開發實現空間數據的提取，結合光纖監測資料庫實現監測數據的配准以及可視化表示，以不斷更新和完善的管理與決策資料庫實現科學決策，構建集基礎功能、智能分析、決策管理於一體的多功能系統。

3.3系統的功能與特色

基於GIS的大型工程分布式光纖感測監測系統基本實現了如圖3所示功能。

從圖3可以看出，該系統基本上可以解決工程監測數據的採集與管理、監測結果的可視化顯示、監測結果的智能化分析，是一個以工程應用為目標，以監測結果為核心的多功能管理與智能化分析系統。

（1）圖層控制：系統載入多個圖層（ESRI的Shape文件、AutoCAD的DXF文件或圖像文件JPG、BMP、GIF、TIF等）。在使用中用戶可以通過圖層控制圖層是否可見、圖元顏色、可視化范圍、圖層順序等，以便於對特定圖層進行瀏覽。

圖3系統的功能與特色

（2）視圖控制：系統提供圖像的放大、縮小，全局顯示、局部顯示，漫遊等基本功能。

（3）動態標註：系統實現了空間任意位置的動態跟蹤標注。用戶點擊滑鼠後可隨時獲得滑鼠所在位置的屬性信息。

（4）數據維護：用戶可以選擇兩種不同方式查詢、檢索、更改數據，提供完善的從圖到屬性和從屬性到圖的數據查詢、檢索、更改方式。

（5）繪圖功能：系統提供自助的繪圖方式，用戶可按照自己的想法和要求新建圖層或者在原圖上自行繪制圖形，並根據程序提供的屬性表為數據添加屬性。

（6）元素選取：系統能夠識別圖中選取的元素，通過線、矩形、區域、多邊形、圓來拾取物體，並顯示拾取元素的屬性數據。當選中特定位置的光纖時，光纖以閃爍3次來回應用戶選中的光纖。

除上述功能之外，鑒於分布式光纖監測的工程特點，本系統還具備以下幾個特色功能：

（1）數據分析：系統以繪制專題應變曲線圖的方式提供數據分析功能。通過 BOTDR實測數據，繪制光纖應變曲線專題圖，根據不同的閾值設置不同顏色的應變曲線圖。

（2）數據配准：在實測數據與工程實際里程之間，根據實際工程光纖鋪設的特徵數據信息（光纖定位信息），系統提供一個精確的配准模塊，誤差小，應用性強。

（3）圖例顯示：系統提供獨特的圖例，便於工程管理。如，實際工程若鋪設5根光纖，並且光纖鋪設在不同牆面，採取二維示意圖顯示，可以繪制不同的圖例顯示，用以區別不同牆面鋪設的不同光纖。

（4）對比查詢：系統提供了由系統操作主界面至應變曲線繪制界面的對比查詢方式，用戶可選則從圖到曲線或從曲線到圖的兩種方式進行結果查詢，這樣，工程監測的質量和效率就大大提高了。

4工程應用實例

4.1工程概況

某隧道工程是一湖底隧道，全長約2.56km，其中湖底隧道長約1.66km，為雙向六車道，三箱室結構形式，其中左右兩個箱式為車行道，中間箱室為凈寬3m的管廊與檢修通道。隧道設計寬約32m，凈空高度4.5m，設計車速為60km/h。

2002年7月，隧道項目指揮部經反復調研和論證後，決定採用BOTDR技術進行隧道整體變形監測。2002年11月～12月，項目組完成了感測光纖鋪設，鋪設情況如圖4所示，並分階段對隧道變形進行監測。2003年1月～4月，為施工監測階段，2003年5月通車後至9月為常規監測階段。施工監測階段主要進行由於後期施工對隧道變形的影響以及隧道箱體接縫變形監測，監測頻率為2天/次。常規監測階段主要進行通車條件下隧道穩定性監測，監測頻率3～5次/周。

圖4某隧道光纖總體平面布置圖

4.2隧道工程監測數據管理的系統實現

4.2.1數據准備

系統的基本數據包括施工區域圖、隧道信息、光纖鋪設信息、光纖監測數據等四大類。這四類數據既包含了空間信息數據又包含了屬性數據，是構成系統數據結構的基礎，又是系統數據分析和管理的前提。

（1）施工區域圖。主要提供隧道基本信息與周邊環境狀況，用以確定施工地理信息、施工線路等，為繪制隧道二維示意圖提供標准。

（2）隧道信息。主要提供隧道縱剖面、橫剖面信息。橫剖面信息用於了解光纖鋪設里程和方位，縱剖面信息主要用於掌握具體施工操作面，為准確繪制隧道二維示意圖做數據基礎。

（3）光纖鋪設信息。主要提供感測光纖鋪設信息。擬鋪設的5條感測光纖處在隧道南洞、北洞不同的牆面上，每條光纖的實際鋪設長度與工程里程必有誤差，通過在鋪設過程中了解光纖定位信息，為數據配准模塊提供數據基礎。

（4）光纖監測數據。主要指 BOTDR實測應變數據，這些實測數據通過數據配准、閾值設定等系統轉換處理後，將得到精確的隧道不同位置的應變信息。

4.2.2系統工作流程

數據管理與分析是該系統的核心組成部分，是得到精確工程監測信息的重要組成部分。數據管理與分析主要靠以下流程來實現：

步驟一：數據准備

將BOTDR實測數據以＊.txt文件存放到指定位置，以備數據處理調用。

步驟二：選擇光纖

在5根鋪設的光纖中，在主操作界面中點擊所需監測光纖，即完成所需光纖的選擇，點擊所選光纖時，與之相對應的系列在後台被調入。

步驟三：選擇系列

所謂系列，就是不同時間監測的不同光纖的應變信息和數據配准信息。選擇系列操作包括調入監測數據，選擇數據配准，設置隧道變形閾值等。

步驟四：應變分析

進行系列選擇之後，選擇繪制曲線，系統即在新窗口繪制出經數據配準的隧道整體應變分析圖。

除上述主要數據管理與分析功能之外，系統還設置了分段管理與分析的功能，即通過對所需監測段進行設置起點、設置終點操作，進行局部數據的管理與分析。另外，系統還提供了由圖到曲線（或曲線到圖）的對比查詢方式，選擇圖到曲線（或曲線到圖）的菜單項之後，圖和曲線完美地對應起來，並提供了閾值設定功能，做到自動預警，避免人為干擾。圖5至圖7顯示了系統數據與管理功能的操作界面，其中，圖5為數據分析界面，圖6為選擇系列界面，圖7為隧道應變分析曲線界面。

圖5數據分析界面圖

圖6選擇系列界面

圖7隧道應變分析曲線界面

5結語

綜上所述，應用GIS管理分布式光纖監測工程可實現海量數據的高效管理。GIS以其獨特的數據管理、查詢、檢索、分析模式成為工程管理的首選。它的海量數據分層管理、數據結果的可視化表現、實現雙向查詢、面向最終用戶的特點更顯示其理想的工程管理能力。具體的說，系統具有以下優點：

（1）系統改善了BOTDR原系統中海量數據的綜合管理模式，結果顯示更加清晰直觀。

（2）系統設置了數據配准、閾值管理等模塊，監測結果可直接應用，避免了人為判別的誤差，提高了工作效率。

（3）系統採用可視化顯示，面向最終用戶，無須對具體工程監測人員進行系統培訓。

（4）系統實現了工程監測數據的採集與管理、監測結果的可視化顯示、監測信息的對比查詢等功能，是一個集智能化分析與決策化管理為一體的多功能管理系統。

本系統以具體工程為實例，具有更加科學、高效、直觀、方便等優點，並減少了BOTDR監測結果的後期人為干擾，使得測試結果更加客觀、准確，有利於科學管理和提高效率。

參考文獻

[1]Hiroshige Ohno,Hiroshi Naruse,et al.Instrial Applications of the BOTDR Optical Fiber Strain sensor[J].Optical Fiber Technology 7,2001:45～64

[2]Inaudi D, Casanova N.Geo-structural monitoring with long-gage interferometric Sensors[A].Proceedings Of The Society Of Photo-Optical Instrumentation Engineers(SPIE),3995[C].Bellingham,WA:Spie-Int Society Optical Engineering,2000:164～174

[3]Ohno H, Naruse H,Kurashima T,et al.Application of Brillouin Scattering-Based Distributed Optical Fiber Strain Sensor to Actual Concrete Piles[J].IEICE Trans.Electron,2002,E85-C(4):945～951

[4]Shi B,Xu H Z,Zhang D,et al.A study on BOTDR application in monitoring deformation of a tunnel[A].Proc 1 st inter conf of structuraI health monitoring and intelligent infrastructure[C].Netherlands:A.A.Balkema,2003:1025～1030

[5]Ding Y,Shi B,Cui H L,et al.The stability of optic fiber as strain sensor under invariable stress[A].Proc 1 st inter conf of structural health monitoring and intelligent infrastructure[C].Netherlands:A.A.Balkema,2003:267～270

[6]Zhang D,Shi B,Xu H Z,et al.Application of BOTDR into structural bending monitoring[A].Proc 1 st inter conf of structural health monitoring and intelligent infrastructure[C].Netherlands:A.A.Balkema,2003:271～276

[7]Xu H Z,Shi B,Zhang D,et al.Data processing in the distributed strain measurement of BOTDR based on wavelet analysis[A].Proc 1 st inter conf of structural health monitoring and intelligent infrastructure[C].Netherlands:A.A.Balkema,2003:271～276

[8]Building Applicatins with MapObjects[M]USA.Enviromental System Research,Institute,Inc.1999

Ⅱ 幾種主要光纖感測器發展現狀

光纖陀螺 光纖陀螺分干涉型、諧振型和布里淵型，干涉型光纖陀螺是第一代，技術上已經趨於成熟，正處於推進批量生產和商品化階段；諧振型光纖陀螺是第二代，處於實驗室研究向實用化推進的發展階段；布里淵型是第三代，尚處於理論研究階段。光纖陀螺結構根據所採用的光學元件有三種實現方法：小型分立元件系統、全光纖系統和集成光學元件系統。目前分立光學元件方案已經基本消失，全光纖系統用在開環低精度、低成本的光纖陀螺中，集成光學器件陀螺以工藝簡單，總體重復性好、低成本成為國際中高精度光纖陀螺主要方案。 光纖陀螺主要由光源、探測器等有源器件和光纖耦合器、相位調制器等無源器件以及光纖組成。國外從1976年開始研究，到90年代中期已經有各種精度的光纖陀螺出售，率先在航天及軍事領域獲得應用，目前許多產品已經應用於民用飛機和汽車工業。國內在保偏光纖、耦合器、多功能集成光學調制器（Y波導）等領域已經取得較大成果， 接近或達到國際先進水平。在光源方面還在研究，在實驗室條件下超發射激光二極體能夠滿足要求，在工程應用還存在可靠性和溫度特性等問題。限於半導體技術，目前國內主要研究集中在1300nm波段。國內和國外差距主要是在產品化上，技術不成熟，沒有形成大規模生產能力；元器件的性能和生產能力有待提升。 西安飛秒光電研發主管米磊對光纖在線表示：「我國已經量產千分之一精度的光纖陀螺，目前主要用於導彈等中低精度領域，用於機載的高精度光纖陀螺正在研發。航天時代集團光纖陀螺年銷售額已經超過2億元，全國有不少企業在這個領域發展，主要集中在中精度領域。目前核心器件的相位調制器，主要由北京世維通公司生產，重慶44所也在生產，西安光機所也在研發。光纖繞環一般是各家廠商自產，武漢長盈通公司專門做光纖繞環。LED光源主要是武漢光迅，深圳飛康等廠商生產。」 可以預計，光纖陀螺將在中低精度和中高精度領域逐漸取代傳統的機電陀螺，未來在航天、軍事、汽車等領域具有巨大的發展潛力。 光纖水聽器 光纖水聽器是一種建立在光纖、光電子技術基礎上的水下聲信號感測器，它通過高靈敏度的光纖相干檢測，將水聲信號轉換為光信號，並通過光纖傳至信號處理系統轉換為聲信號信息。相比傳統水聽器具有靈敏度高、響應帶寬寬、不受電磁干擾等特點，廣泛用於軍事和石油勘探、環境檢測等領域，具有很大的發展潛力。 光纖水聽器按原理可分為干涉型，強度型，光柵型等。干涉型光纖水聽器關鍵技術已經逐步發展成熟，在部分領域形成產品；光纖光柵水聽器則是當前研究熱點。研究的關鍵技術涉及光源、光纖器件、探頭技術、抗偏振衰落技術、抗相位衰落技術、信號處理技術、多路復用技術以及工程技術等。 光纖水聽器研究始於上世紀70年代末美國海軍實驗室，各發達國家相繼投入了大量人力物力做研究，取得了很多成果。在軍事應用上，隨著潛艇雜訊降低，電聲納探測靈敏度接近極限值，光纖水聽器將大有用武之地。我國的光纖水聽器研究也已取得較大進展，在一些技術指標上達到國際水平，但主要處於理論和實驗階段，實用化、工程化光纖水聽器還未見報道。 光纖光柵感測器 光纖光柵感測器尤其是光纖Bragg光柵感測器是最近幾年國內外感測器領域的研究熱點。傳統光纖感測器絕大部分屬於光強型和干涉型，光強型感測器存在光源不穩定，光纖損耗和探測器老化等問題，干涉型感測器由於要求兩路干涉光的光強相等需要固定參考點應用不便。以光纖布拉格光柵為主的光纖光柵感測器感測信號為波長調制以及復用能力強，避免了上述傳統光纖感測器存在的問題。在建築健康檢測、沖擊檢測、形狀控制和振動阻尼檢測等應用，光纖光柵感測器是最理想的靈敏元件。光纖光柵感測器在地球動力學、航天器、船舶航運、民用工程結構、電力工業、醫葯和化學感測中有廣泛的應用。 光纖光柵感測器研究方向主要有：（1）對具有高靈敏度、高解析度，且能同時感測應變和溫度變化的感測器研究；（2）開發低成本、小型化、可靠且靈敏的探測技術系統研究；（3）實際應用研究，包括封裝技術、溫度補償技術、感測器網路技術。目前某些類型的光纖光柵感測器已經商業化，但在性能和功能方面需要提高。但可以說，光纖光柵感測技術已經向成熟階段接近。我國對光纖光柵感測器研究相對較晚，但已經有較大發展，隨著實用、廉價的波長解調技術進一步發展完善，光纖光柵感測器將有廣闊的發展前景。 北京拓普光研的沈曠軼經理表示，光纖光柵感測器主要應用於油罐測溫、土方測應力，電力設備測溫等市場，處於小公司割據的狀態，理工光科和品傲光電等公司做的相對較大。以拓普光研10年行業經驗分析，今後3~5年光纖光柵感測器市場將是分行業、分地域的中小型公司占據。大型電信設備製造商目前興趣主要在廣電的寬頻市場，暫時不會考慮進入這一領域。 光纖電流感測器 電力工業的迅猛發展帶動電力傳輸系統容量不斷增加，運行電壓等級越來越高，不得不面臨強大電流的測量問題。在高電壓、大電流和強功率的電力系統中，以電磁感應為基礎的傳統電流感測器（簡稱CT）暴露出一系列嚴重缺點：爆炸引起災難性事故；大故障電流引起鐵芯磁飽和；鐵芯共振效應；滯後效應；精度不高；易受干擾；體積大、重量大、價格昂貴等，已經難以滿足新一代數字電力網的發展需要。光纖電流感測器成為解決上述難題的最好辦法。 沈經理認為光纖電流感測器衍生自光纖陀螺儀的技術方案，是軍用技術民用化的例子，現在技術方案還都沒有定型，處於摸索-定型-再摸索階段。武漢長盈通技術總監汪洪海博士表示，光纖電流感測器市場目前國內有3~4個廠家有小批量出貨，今年的國家電網招標情況大概在1000個左右。相對來說，用量還是很小。當前阻礙真正規模使用的還是其穩定性，尤其是溫度穩定性。 未來發展趨勢 光纖通信的迅猛發展帶動新型光器件和材料的不斷涌現，為光纖感測系統的開發提供了必要的基礎。光纖感測技術30多年來的發展已經取得了長足的進步，主要體現在：進入了實用化階段；新的感測原理不斷出現。但是發展現狀仍然遠遠不能滿足實際需要，還有許多待研究的課題：（1）實用化研究，尤其是性價比；（2）應用研究；（3）新型光纖感測器的研究；（4）新型敏感材料的研究，新型專用光電子器件研究。因此，光纖感測器的可能發展趨勢有：（1）以傳統感測器無法解決的問題作為光纖感測器的主要研究對象；（2）集成化光纖感測器；（3）多功能全光纖控制系統；（4）開辟新領域。 對於光纖感測器的價格，汪博士表示光纖感測器種類眾多，具體到光纖陀螺和光纖電流互感器，大概是同級別傳統感測器的2~3倍。應用的長期穩定性和可靠性不夠、價格較高和對所獲得數據的智能化處理不足是阻礙大規模應用的重要原因。 具體到行業應用發展上，沈經理對光纖在線表示，感測技術應用到各行各業，每個企業的市場進入能力是有限的，所以現在遍地開花，傳統感測器行業有成熟的產業鏈和利益鏈條，光纖感測產業化要有長期抗戰的准備。光纖感測器價格昂貴與規模相關，但光纖感測背靠光通信產業，長期來看降成本沒有問題。光纖感測的工程化研究是熱點，技術成熟度、成本、行業接受程度、是否有隱患，都需要時間的考驗。一個產業要遵循生命周期，光纖感測還有很長的路要走。

Ⅲ 光纖感測器的發展前景

光纖感測器發展現狀
國內市場上，應用最為廣泛的光纖感測技術當屬布拉格光纖光柵和基於光時域反射的分布式感測器，這種技術基本上可以滿足中低端市場的需求。而現在光譜線寬窄至2kHz的單頻光纖激光器及其引申出來的最新一代光感測技術，這與傳統的光纖感測有很大的區別,它可以進行超遠距離的傳輸，精度和敏感度能達到更高的要求，這在高端市場上需求很大，21實際初，該項技術在國內尚處於立項和預研階段。國內市場上光纖感測器應用主要在以下四種：光纖陀螺、光纖光柵感測器、光纖電流感測器和光纖水聽器。下面對這四種產品分別介紹一下。
一、光纖陀螺。 光纖陀螺按原理可分為干涉型、諧振型和布里淵型，這是三代光纖陀螺的代表。第一代干涉型光纖陀螺，21實際初期，該項技術就已經成熟，適合進行批量生產和商品化；第二代諧振型光纖陀螺，暫時還處於實驗室研究向實用化推進的發展階段；第三代布里淵型，它還處於理論研究階段。光纖陀螺結構根據所採用的光學元件有三種實現方法：小型分立元件系統、全光纖系統和集成光學元件系統。21世紀初期，分立光學元件技術已經基本退出，全光纖系統用在開環低精度、低成本的光纖陀螺中，集成光學器件陀螺由於其工藝簡單、總體重復性好、成本低，所以在高精度光纖陀螺很受歡迎，是其主要實現方法。
二、光纖光柵感測器。 目前國內外感測器領域的研究熱點之一光纖布拉格光柵感測器。傳統光纖感測器基本上可分為兩種類型：光強型和干涉型。光強型感測器的缺點在於光源不穩定，而且光纖損耗和探測器容易老化；干涉型感測器由於要求兩路干涉光的光強同等，所以 需要固定參考點而導致應用不方便。21世紀初期開發的以光纖布拉格光柵為主的光纖光柵感測器可以避免出現上面兩種情況，其感測信號為波長調制、復用能力強。在建築健康檢測、沖擊檢測、形狀控制和振動阻尼檢測等應用中，光纖光柵感測器是最理想的靈敏元件。光纖光柵感測器在地球動力學、航天器、電力工業和化學感測中有廣泛的應用。
三、光纖電流感測器。電力工業的迅猛發展帶動電力傳輸系統容量不斷增加，運行電壓等級也越來越高，電流也越來越大，這樣測量起來就非常困難，這就顯現出光纖電流感測器的優點了。在電力系統中，傳統的用來測量電流的感測器是以電磁感應為基礎，這就存在以下缺點：它容易爆炸以至引起災難性事故；大故障電流會造成鐵芯磁飽和；鐵芯發生共振效應；頻率響應慢；測量精度低；信號易受干擾；體積重量大、價格昂貴等等，已經很難滿足新一代數字電力網的發展需要。這個時候光纖電流感測器應運而生。
四、光纖水聽器。 光纖水聽器主要用來測量水下聲信號，它通過高靈敏度的光纖相干檢測，將水聲信號轉換為光信號，並通過光纖傳至信號處理系統進行識別。與傳統水聽器相比，光纖水聽器具有靈敏度高、響應帶寬寬、不受電磁干擾等特點，廣泛用於軍事和石油勘探、環境檢測等領域，具有很大的發展潛力。光纖水聽器按原理可分為干涉型、強度型、光柵型等。干涉型光纖水聽器關鍵技術已經逐步發展成熟，在部分領域形成產品；光纖光柵水聽器則是當前研究的熱點，研究的關鍵技術涉及光源、光纖器件、探頭技術、抗偏振衰落技術、抗相位衰落技術、信號處理技術、多路復用技術以及工程技術等。
光纖感測器技術是建立在光纖、光通信和光電子技術的基礎上發展起來的，電磁干擾和腐蝕作用對它的影響很小，還能適應各種惡劣的氣象環境，不要額外的電源進行供電，就可以長距離的進行傳輸，已成為感測器行業的研究熱點。
感測器一直朝著靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的方向發展。在這一過程中，光纖感測器這個感測器家族的新成員倍卻是倍受青睞。光纖具有很多優異的性能，例如：抗電磁干擾和原子輻射的性能。光纖感測器應用於對磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉矩、光聲、電流和應變等物理量的測量。其應用范圍十分廣泛。因此我們可以說光纖感測器具有很大的市場需求，不說長久，至少在未來5年，光纖感測器將會有廣闊的發展前景。
光纖感測技術及其相關技術的迅速發展，滿足了各類控制裝置及系統對信息的獲取與傳輸提出的更高要求，使得各領域的自動化程度越來越高，作為系統信息獲取與傳輸核心器件的光纖感測器的研究非常重要。光纖感測器技術發展的主要方向是：（1）多用途。即一種光纖感測器不僅只針對一種物理量，要能夠對多種物理量進行同時測量。（2）提高分布式感測器的空間解析度、靈敏度，降低其成本，設計復雜的感測器網路工程。注意分布式感測器的參數，即壓力、溫度，特別是化學參數（碳氫化合物、一些污染物、濕度、PH值等）對光纖的影響。（3）新型感測材料、感測技術等的開發。（4）在惡劣條件下（高溫、高壓、化學腐蝕）低成本感測器（支架、連接、安裝）的開發和應用。（5）光纖連接器及與其它微技術結合的微光學技術。
光纖感測運用主要分為五大方向:
（1）石油和天然氣——油藏監測井下的P/T感測、地震陣列、能源工業、發電廠、鍋爐及蒸汽渦輪機、電力電纜、渦輪機運輸、煉油廠；
（2）航空航天——噴氣發動機、火箭推進系統、機身；
（3）民用基礎建設——橋梁、大壩、道路、隧道、滑坡；
（4）交通運輸——鐵路監控、運動中的重量、運輸安全；
（5）生物醫學——醫用溫度壓力、顱內壓測量、微創手術、一次性探頭。

Ⅳ 有人知道國內分布式光纖溫度感測器的研究現狀嗎

好抽象

感測器(英文名稱:transcer/sensor)是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，並能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。
感測器的特點包括:微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網路化。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。感測器的存在和發展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

Ⅳ 有人知道國內分布式光纖溫度感測器的研究現狀嗎空間解析度和測溫精度等。

很多廠家宣稱空間解析度為1米。但實際上達不到。關於指標的話是有很多因素，空間解析度、測量精度和測量時間，測量長度有關。
據我所知，目前做的空間解析度最高的是0.3m@2km、5s

Ⅵ 光纖溫度感測器的發展前景

光纖溫度感測器的種類很多，除了以上所介紹的熒光和分布式光纖溫度感測器外，還有光纖光柵溫度感測器、干涉型光纖溫度感測器以及基於彎曲損耗的光纖溫度感測器等等，由於其種類很多，應用發展也很廣泛，例如，應用於電力系統、建築業、航空航天業以及海洋開發領域等等。 分布式光纖溫度感測器在電力系統行業的發展 光纖溫度感測器在電力系統的應用中得到發展，由於電力電纜溫度、高壓配電設備內部溫度、發電廠環境的溫度等，都需要使用光纖感測器進行測量，因此就促進了光纖感測器的不斷完善和發展。尤其是分布式光纖溫度感測器得到了改善，經過在電力系統行業的應用，從而使其接收信號和處理檢測系統的能力都得到了提升。 光纖光柵溫度感測器在建築業的發展 光纖光柵溫度感測器由於其較高的解析度和測量范圍廣泛等優點，被廣泛應用於建築業溫度測量工作中。西方很多發達國家都已普遍採用此系統，進行建築物的溫度、位移等安全指標的測試工作，例如，美國墨西哥使用光柵溫度感測器，對高速公路上橋梁的溫度進行檢測。通過廣泛使用，光柵溫度感測器所存在的問題，如：交叉敏感的消除、光纖光柵的封裝等都得到了解決，因而此系統得到了完善。 航空航天業中的應用發展 航空航天業使用感測器的頻率較高，包括對飛行器的壓力、溫度、燃料等各方面的檢測，都需要使用光纖溫度感測器進行檢測，並且所使用到的感測器數量多達百個，所以對感測器的大小和重量要求很嚴格。因此，基於航空航天業對感測器的要求，光纖溫度感測器的體積、重量規格方面都經過了調整。

Ⅶ 分布式光纖感測器和光纖感測器的區別

你好，光纖光柵感測器是利用光纖光柵的形變導致的光波波長位移來測應力應變溫度等等，光纖感測器是利用光波被外界環境調制引起參數變化，比如光強、波長、頻率、相位等，光纖光柵感測器應該是光纖感測器中的一種。