未來傳感技術(shù)將是國家高新技術(shù)

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，越來越多的高新技術(shù)應(yīng)用到生活，服務(wù)于人們的生活成為社會(huì)發(fā)展必然的趨勢。傳感器作為智能系統(tǒng)的“感官”扮演者越來越重要的角色，只有保證感覺而來信息準(zhǔn)確無誤差、穩(wěn)定而不間斷成為保證智能系統(tǒng)連續(xù)有效運(yùn)行的前提。光纖傳感技術(shù)結(jié)合光纖特有的性質(zhì)無論是在準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、抗干擾能力還是在價(jià)格成本等方面具有較大的優(yōu)勢從而迅速成為傳感領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。

傳感技術(shù)作為智能系統(tǒng)中的“感官”在不斷推成出新的信息產(chǎn)業(yè)中扮演著越來越重要的角色，對(duì)外界大量的信息進(jìn)行精確的收集并且不斷的更新保證信息反饋成為系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)作的前提。對(duì)于在機(jī)械、電子、測量、控制等領(lǐng)域，傳感器是必不可少的關(guān)鍵部件。試想如果沒有傳感器，那么我們所需要的各種檢測信息從何而來，這樣一來支撐現(xiàn)代人類文明的科學(xué)技術(shù)就不能得到發(fā)展，整體人類社會(huì)也會(huì)因此停滯不前，惟有作為“大腦”的計(jì)算機(jī)技術(shù)和“感官”的傳感器技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展才能促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步。傳感器已經(jīng)存在于人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，為此，在80年代初期，發(fā)達(dá)國家就已經(jīng)對(duì)傳感器在科技領(lǐng)域的作用進(jìn)行了新的評(píng)估，美國的80年代被稱為傳感器時(shí)代，同時(shí)把傳感器技術(shù)列為90年代中最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，日本也曾把傳感技術(shù)列為科研領(lǐng)域十大技術(shù)之首，在我國的“863計(jì)劃”、“科技攻關(guān)”等計(jì)劃中也把傳感器的研究放在重要位置。

傳感器的定義是：感受并且接受到特定規(guī)律的的某種信號(hào)并且可以將這種信號(hào)轉(zhuǎn)換為可用信號(hào)的一種裝置。在一般情況下，傳感器由敏感部分以及將相應(yīng)規(guī)律信號(hào)轉(zhuǎn)換為可用信號(hào)的電子線路組成。光纖傳感器是70年代起伴隨著光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型的傳感器，經(jīng)過30多年的不斷研究發(fā)展已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，各種各樣種類繁多的光纖傳感器被開發(fā)出來并應(yīng)用到實(shí)際生活當(dāng)中。傳統(tǒng)的傳感器以電信號(hào)為載體，利用導(dǎo)線進(jìn)行信號(hào)傳輸，因此會(huì)受到各種外界壞境的干擾，例如會(huì)受到強(qiáng)磁、高溫、高壓等的影響，而光纖傳感器則以光為傳輸載體，有體積小、重量輕、靈敏度高，抗電磁干擾、電絕緣性能好等特點(diǎn)，利用光信號(hào)傳輸?shù)奶厥庑?，可以適用在高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕性、高爆炸危險(xiǎn)性的檢測環(huán)境中，可以對(duì)溫度、壓力、位移等各種待測量進(jìn)行高精度測量。

自1970年第一根光纖被制作出來應(yīng)用到實(shí)際工程當(dāng)中以來，檢測振動(dòng)、壓力、加速度、溫度等待測量的光纖傳感器相繼被開發(fā)出來。1989年光纖光柵首次被引入做傳感后，引起來各方面的廣泛關(guān)注，各國政府都投入了大量的人力、物力、資金對(duì)此進(jìn)行了深入仔細(xì)的研究，光纖光柵作為一個(gè)傳感元器件，它具備一般電傳感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：

（1）光纖光柵傳感器較普通傳感器在強(qiáng)干擾和強(qiáng)腐蝕的檢測環(huán)境下具有無可比擬的優(yōu)勢，更加適合在惡劣的環(huán)境下工作；同時(shí)對(duì)微弱信號(hào)的處理上可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理和長距離精確傳輸；光纖光柵傳感頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大而且測量精度和靈敏度高，易于埋入或附著結(jié)構(gòu)體表面，可以實(shí)時(shí)提供結(jié)構(gòu)體安全性等方面的信息。

由于光的波長是光的一種固有屬性，對(duì)于被檢測的信息進(jìn)行采用波長進(jìn)行編碼，其待測信息不受到光源功率、光纖彎曲以及其他元器件老化等因素的影響，具備較高的準(zhǔn)確和穩(wěn)定性。

（3）光纖光柵結(jié)構(gòu)簡單，尺寸較小所以適用范圍很廣，特別針對(duì)一些大型的結(jié)構(gòu)或者智能系統(tǒng)，可以對(duì)其內(nèi)部的溫度、壓力等參量進(jìn)行高分辨率的精準(zhǔn)測量。

（4）光纖網(wǎng)絡(luò)的具備很強(qiáng)的復(fù)用性，在同一根光纖上可以安裝多個(gè)獨(dú)立的光纖光柵，多個(gè)光柵組成的傳感網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待測量實(shí)時(shí)的分布式測量。

光纖光柵傳感器以其獨(dú)特的優(yōu)勢經(jīng)過持續(xù)不斷的發(fā)展已經(jīng)成為了光纖通信系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。近年來，人們的研究熱點(diǎn)開始從成熟的光纖通信技術(shù)向光纖傳感技術(shù)轉(zhuǎn)移。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和市場廣闊的發(fā)展前景，光纖傳感器飛躍發(fā)展，且展現(xiàn)出極為廣闊的前景

在國內(nèi)，從80年代起，傳感技術(shù)已經(jīng)被列入國家高新重點(diǎn)技術(shù)。在其中，光纖光柵更是占據(jù)著非常重要的地位。因?yàn)槲覈诠饫w領(lǐng)域研發(fā)時(shí)間不夠長，在前期投入資金不足，造成我國的光纖光柵傳感技術(shù)相對(duì)落后于發(fā)達(dá)國家。但是，近年來，在國家863計(jì)劃、國家自然基金以及其他各種專項(xiàng)基金的支持下，國內(nèi)在光纖光柵傳感領(lǐng)域取得了快速的發(fā)展。以中國科學(xué)研究院半導(dǎo)體研究所，上海光電研究為代表的科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)形成了完整的光纖光柵的傳感理論，在在光波傳輸規(guī)律、光柵光敏特性上都有非常深入的研究。而在傳感方面，國內(nèi)各所高校針對(duì)不同的市場需求也取得了很多階段性的成果，如清華大學(xué)、南開大學(xué)、武漢理工大學(xué)等。這些成果表明我國的光纖傳感技術(shù)正在迅速的發(fā)展中，但是很多光纖光柵的核心技術(shù)工藝與世界先進(jìn)技術(shù)之間還是存在不小的差距，很多光纖傳感技術(shù)并沒有應(yīng)用到實(shí)際工程實(shí)踐當(dāng)中，大部分還局限在實(shí)驗(yàn)室的范圍內(nèi)。因此，現(xiàn)階段對(duì)光纖光柵技術(shù)的研究是將研究出的成果應(yīng)用到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中去，突出光纖技術(shù)的實(shí)用性。同時(shí)解調(diào)技術(shù)作為光纖光柵傳感系統(tǒng)的核心技術(shù)關(guān)鍵，需要我們更加深入細(xì)致的研究。時(shí)至今日，隨著電子技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，各種微處理器如單片機(jī)、ARM、DSP、FPGA不斷涌現(xiàn)，為中小型控制系統(tǒng)發(fā)展起到關(guān)鍵作用。嵌入式的引入在很大程度上加速和支持光纖光柵傳感器的發(fā)展，也為光纖傳感傳感的解調(diào)技術(shù)開辟了一個(gè)新的方向。研究開發(fā)出適用與不同環(huán)境的光纖解調(diào)技術(shù)極大的推動(dòng)了光纖光柵傳感技術(shù)實(shí)際化發(fā)展，具有非常重大的意義。