（中科院上海光机所）

从军用走向民用的光纤传感技术

光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展而另辟新径的一种崭新的传感技术。光纤传感具有抗电磁干扰、灵敏度高、安全可靠、耐腐蚀、可进行分布式测量、便于组网等诸多优点，是近年来国际上发展最快的高科技应用技术。光纤传感技术的应用已经逐步从军事领域发展到了电力、石油、石化、交通和建筑等各个工业领域，在公共安全、国防、工农业安全生产、环保等重大安全监测领域有着重要应用。目前，光纤传感器已占据传感技术领域30%以上的产业份额，并将继续扩大。发达国家如美国、德国、日本等均把光纤传感技术列为国家关键技术之一加以重点支持，西方国家还利用“巴统”来限制我国在该技术领域的发展。由于受到国内整体水平和投资力度的限制，我国光纤传感的整体发展水平比国际先进水平相对落后。我国地域辽阔，地理结构、气候环境、使用环境较为复杂。随着我国经济的飞速发展和现代化建设的需要，光纤传感技术的市场空间正在逐步形成。当前正是我国继光通信产业之后的发展传感产业的大好时机。面对2008北京奥运会、2010上海世博会，还有发展和谐社会必须保证的各种公共安全方面的需求（包括大型建筑物的结构安全、电力系统和煤矿、石油等生产安全、卫生检验检疫方面的公共卫生安全等），都为光纤传感技术提供了广阔的发展空间。

在重大工程设施和安全监测领域的应用

在应用于重大工程设施健康和安全监测领域的光纤传感技术与系统方面，主要包括：用于桥梁/大坝等大型建筑健康安全监测的光纤光栅传感技术与系统、用于高速公路/高架路车辆超载超限监测的光纤智能交通监测系统、用于防空洞/隧道/地铁等大型地下空间的温度/火灾报警的光纤分布式传感系统、用于输油气管道/城市地下管线安全监测的分布式光纤传感系统、用于变压器等大型电力设施监测的多参数光纤传感技术与系统。

在有毒、有害气体和生物化学物质探测的光纤传感技术与监测系统方面主要包括：用于煤矿瓦斯监测的光纤瓦斯气体传感技术与系统、用于工业废气/汽车尾气等环保监测的光纤气体传感技术与系统、用于生化反恐的光纤生物化学传感技术与系统。还包括应用于军事或政府机构等敏感区域和设施的光纤分布式安防预警技术与系统和应用于飞船、飞机等航空航天器以及潜艇、舰船的结构健康检测的光纤传感技术与系统等。

光纤传感技术发展的主要方向是：多参量多用途传感器的开发；分布式传感器的空间分辨率、灵敏度的提高；新型传感材料、传感技术的开发；以及在恶劣条件下（高温、高压、化学腐蚀）低成本传感器的开发和应用。

光纤光栅传感器技术的特点及应用

自从1978年发明的在光纤中形成光致布喇格光栅以来，光纤光栅（FBG：Fiber Bragg Grating）在光纤通信和传感中已发现大量应用。十多年前光纤光栅首次被用于应变和温度传感实验以来，光纤光栅传感器技术得到了持续的和快速的发展，成为光纤传感领域中发展最快、被关注度最高的技术。这是因为光纤光栅构成的传感器与其他光纤传感器相比具有很多突出的优点。其主要的优点包括：传感元件体积小、轻巧隐蔽，可以把它置于很小的空间，甚至嵌入到复合材料中；结合波分复用（WDM：Wavelength Division Multiplexing）和时分复用（TDM：Time Division Multiplexing）技术，每根光纤中可以设置多个光纤光栅构成分布式的传感点，便于空间组网，分辨精度高；光纤光栅作为传感元件，输出的是绝对波长量(它具有内在的波长度量刻度)，可以作为绝对量的测量；利用复合子结构光纤光栅的特殊光谱特性，可以制备多参数智能传感元件等。因此，光纤光栅传感器特别适合于对大型市政工程、管道设施、航天器、飞机、轮船、工业和生产设备等进行健康安全监测和自动控制。光纤光栅传感器可以探测包括温度、应变、压力和电磁场等多种物理量。

国内从事光纤传感技术研究和开发的单位很多。如清华大学、武汉工业大学、南开大学、哈工大、中国计量学院和中科院上海光学精密机械研究所等。国外从事光纤传感技术的研发工作的企业和研究单位更是不胜枚举。特别是光纤光栅技术，随着光纤通信市场进入低谷，不少单位更加重视其在传感领域的应用。因为光纤传感技术在公共安全、国防、工农业安全生产、环保等各领域的广阔应用前景，传感技术和系统的的研究和发展具有重大而迫切的战略意义和经济效益。