《科技新贵之光纤传感器的应用前景分析》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: shenxiang
  • 发布时间:2020-11-13
  • 光纤 传感器 是近年来势头正猛的“科技新贵”,因为它有极高的灵敏度和精度、抗电磁干扰、高绝缘强度、耐腐蚀、能与数字通信系统兼容等优点,已被广泛应用于电网系统、道路 监控 、轨道交通、食品安全等领域。

    光纤传感技术是一种新型传感技术。通过光的反射、折射和吸收效应, 光学 多普勒效应、声光、电光、磁光和弹光效应等,可使光波的振幅、相位、偏振态和波长等参量直接或间接地发生变化,因而可将光纤作为敏感元件来探测各种物理量。 中国已成为全球光纤传感器消费最大国,在国产化进程有一定的突破。据了解,以南京大学、深圳中科传感为代表的大学及研究院等机构,基本掌握了全套的光纤传感器方案。而在光纤传感系统的核心部件上,厦门彼格的窄带光源、世维通的铌酸锂波导等为代表相关的器件,都不甘落后争相实现自主研发。

    纵观整个行业市场,目前中国光纤传感器的自主研发仍是“短板”,总体市场化水平仍落后外国。据统计,中国传感器新品研制率落后美日等国近10年,产业化水平落后10-15年。未来,中国光纤传感市场产业化格局有待提升,物联网技术的加持,将推动中国光纤传感市场走向新一轮发展高峰。

    光纤传感器应用场景分析

    物联网俨然已经成为光纤传感器国产化的重要推手。物联网的发展必须要借助大量传感器获得各种环境参数,从而为物联网提供更可靠的数据信息,再经过系统的处理,得到人们需要的结果。可见,光纤技术在物联网中有很广阔的应用前景。 正是敏锐捕捉到光纤传感器技术在上述领域日益紧密的行业风向,第八届中国(北京)国际光纤传感技术及应用大会暨展洽会致力于全面拓展光纤传感器科技应用领域终端,聚焦智能电网、矿山安全、轨道交通、海洋与环境、地质与水利等各个应用行业,展现国内巨头企业相应的创新综合解决方案。

    光纤传感器在智能电网领域起到重大作用。利用光纤传感技术对输 电线 路进行安全监控,通过对输电线路上发生的触碰光缆、接头盒、光芯等扰动的实时监测,采集和分析信息,判定扰动发生的位置、类型、强度,以帮助线路维护人员及时发现输电线路的破坏行为,有效解决对线路损毁的预警监测,为电力系统提供告警、智能分析和辅助决策支持。

    光纤传感器也同样发力道路安全领域。伴随着工业与交通运输的发展,桥梁的跨度增加以及结构的复杂趋势,使得其安全隐患受到更多的关注。把光纤传感系统埋入水泥结构形成能够感知 应力 和断裂损伤的能力。同时,利用张 力传感器 感受隧道容易发生塌方的局部的变形情况,这些信息可以与互联网相结合,实现对这些基础设施的长期稳定的实时监测,减少事故的发生。

    光纤传感器在轨道交通领域的作用也不容小觑。以中国自主研发的高铁列车代表作——和谐号380AL为例,一辆列车里的传感器数量多达1000多个,平均每40个零部件里就有一个是传感器。它们承担着状态监视、故障报警、车载设备控制等功能。中国工程院院士、中车株洲所总经理丁荣军曾一语道破光纤传感器的重大作用,它对于收集列车的运行状态信息、高速综合检测列车、钢轨探伤、轨道状态远程监测、室内外环境综合传感等方面都起到了不可或缺的作用。

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    • 编译者:shenxiang
    • 发布时间:2020-11-13
    • 光纤传感器属于光电传感器中的一种,相对来说,光纤传感器通常比普通的光电传感器的精度要高,普通的光电传感器是指传感器上直接发光、收光,由于光的扩散等原因,收光量的大小无法精确控制,即导致检测的精度无法提高精度,而光纤传感器通过光纤线传输光线,提高光束的聚拢程度,易判断收光量的大小,检测精度要高。 1、定义不同 光电传感器:光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。其工作原理基于光电效应。光电效应是指光照射在某些物质上时,物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。 光纤传感器:光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器, 在调制器内与外界被测参数的相互作用,使光的 光学 性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化,成为被调制的光信号,再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。 2、性能不同 光电传感器:暂态响应范围宽,谐波 测量 能力强,暂态特性的优劣是判断一种 互感器 能否在电力系统中获得应用的一个重要参数,特别是与继电保护动作时间的配合。传统电磁式互感器由于存在铁芯,对高频信号的响应特性较差,不能正确反映一次侧的暂态过程。 而光电互感器传测量的频率范围主要由电子线路部分决定,没有铁芯饱和的问题,因此能够准确反映一次侧的暂态过程。一般可设计到0.1Hz到1MHz,特殊的可设计到200MHz的带通。光电传感器的结构可以测量高压电力线路上的谐波。而 电磁感应 互感器是难以达到的。 数字 接口 ,通信能力强,由于光电传感器下传的就是光数字信号,与通信网络容易接口,且传输过程中没有测量误差。 同时随着微机化的保护控制设备的广泛采用,光电互感器可以直接向二次设备提供数字量,这样就能省去原来保护装置中的变换器和A/D采样部分,使二次设备得到大大的简化,推动保护新原理的研究。 体积小,重量轻、易升级,满足变电站小型化与紧凑型的要求,由于光电传感器是靠传感头和电子线路进行信号的获取和处理,体积小,重量一般在1000kg以下, 便于集成在 AI S或GIS中,这样将大大减少变电站的占地面积,满足变电站小型化和紧凑化的要求。同时光电互感器通过少量光缆与二次设备连接,可使 电缆 沟和电缆大为减。 光纤传感器:光纤具有很多优异的性能,例如:具有抗电磁和原子辐射干扰的性能,径细、质软、重量轻的 机械 性能;绝缘、无感应的 电气性能 ;耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等, 它能够在人达不到的地方,或者对人有害的地区(如核辐射区),起到人的耳目的作用,而且还能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。 3、应用不同 光电传感器:用 光电元件 作敏感元件的光电传感器,其种类繁多,用途广泛。按光电传感器的输出量性质可分为两类:把被测量转换成连续变化的光电流而制成的光电测量仪器,可用来测量光的强度以及物体的温度、透光能力、位移及表面状态等物理量。 例如:测量光强的照度计,光电高温计,光电比色计和浊度计,预防火灾的光电报警器,构成检查被加工零件的直径、长度、椭圆度及表面粗糙度等自动检测装置和仪器,其敏感元件均用光电元件。半导体光电元件不仅在民用工业领域中得到广泛的应用,在军事上更有它重要的地位。 例如用硫化铅 光敏电阻 可做成 红外 夜视仪、红外线照相仪及红外线导航系统等;把被测量转换成继续变化的光电流。利用光电元件在受光照或无光照射时"有"或"无"电信号输出的特性制成的各种光电自动装置。 光电元件用作 开关 式光电转换元件。例如电子 计算机 的光电输入器,开关式温度调节装置及转速测量数字式光电测速仪等。 光纤传感器:城市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉 陀螺仪 和光栅 压力传感器 的应用。光纤传感器可预埋在混凝土、碳 纤维 增强塑料及各种复合材料中,用于 测试 应力松弛、施工应力和动荷载应力,从而评估桥梁短期施工阶段和长期营运状态的结构性能。 在电力系统,需要测定温度、 电流 等参数,如对高压 变压器 和大型电机的定子、转子内的温度检测等,由于电类传感器易受电磁场的干扰,无法在这类场合中使用,只能用光纤传感器。
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