光纤传感器的应用举例.pptx

光纤光纤式传感器应用举例式传感器应用举例1 光纤温度传感器光纤温度传感器2 光纤位移传感器光纤位移传感器3 光纤流量、流速传感器光纤流量、流速传感器4 光纤磁传感器光纤磁传感器5 医用光纤传感器医用光纤传感器6 分布式光纤传感器分布式光纤传感器光纤光纤式传感器应用举例式传感器应用举例7 工业用内窥镜工业用内窥镜8 光纤加速度传感器光纤加速度传感器9 光纤光栅传感器光纤光栅传感器10 光纤层析成像分析技术及应用光纤层析成像分析技术及应用11 光纤纳米生物传感器光纤纳米生物传感器12 光纤传感领域的发展光纤传感领域的发展1 光纤温度传感器光纤温度传感器 光光纤纤测测温温技技术术是是一一种种新新技技术术，光光纤纤温温度度传传感感器器是是工工业业中中应应用用最最多多的的光光纤纤传传感感器器之之一一。按按调调制制原原理理分分为为相相干干型型和和非非相相干干型型两两类类。在在相相干干型型中中有有偏偏振振干干涉涉、相相位位干干涉涉以以及及分分布布式式温温度度传传感感器器等等；在在非非相相干干型型中中有有辐辐射射温温度度计计、半半导导体体吸吸收收式式温温度度计计、荧荧光光温温度计等。度计等。1 光纤温度传感器光纤温度传感器 1.半导体吸收式温度传感器半导体吸收式温度传感器 半半导导体体材材料料的的光光吸吸收收和和温温度度的的关关系系曲曲线线如如图图所所示示。半半导导体体材材料料的的吸吸收收边边波波长长l lg(T)随随温温度度增增加加而而向向较长波长方向位移。较长波长方向位移。1 光纤温度传感器光纤温度传感器 若若能能适适当当选选择择发发光光二二极极管管，使使其其光光谱谱范范围围正正好好落落在在吸吸收收边边的的区区域域，即即可可做做成成透透射射式式光光纤纤温温度度传传感感器。透过半导体的光强随温度升高而减少。器。透过半导体的光强随温度升高而减少。1 光纤温度传感器光纤温度传感器 图图示示为为双双光光纤纤参参考考基基准准通通道道法法半半导导体体吸吸收收式式光光纤纤温温度度传传感感器的结构框图。器的结构框图。光光源源为为GaAlAs发发光光二二极极管管，测测温温介介质质为为测测量量光光纤纤上上的的半半导导体体材材料料CdTe。参参考考光光纤纤上上面面没没有有敏敏感感材材料料。采采用用除除法法器器消消除除外外界界干干扰扰，提提高高测测量量精精度度。测测温温范范围围在在40 120 之间，精度为之间，精度为1。1 光纤温度传感器光纤温度传感器 2.干涉型光纤温度传感器干涉型光纤温度传感器 温温度度变变化化能能引引起起光光纤纤中中传传输输光光的的相相位位变变化化，利利用用光光纤纤干干涉涉仪仪检检测测相相位位变变化化即即可可测测得得温温度度。图图示示是是利利用用马马赫赫曾曾特特尔尔干干涉涉仪仪测测温温的的原原理理图图。光光通通过过信信号号臂臂产产生的相位变化为生的相位变化为式式中中，L为为感感受受温温度度变变化化的的光光纤段的长度，纤段的长度，l l为光源波长。为光源波长。1 光纤温度传感器光纤温度传感器 例例8.1 若若已已知知光光源源波波长长l l0.6328 m mm，对对n1.456的单模石英玻璃光纤，有的单模石英玻璃光纤，有试试计计算算在在1 m的的光光纤纤上上，温温度度每每变变化化1 时时，将将有有几根条纹移动。几根条纹移动。1 光纤温度传感器光纤温度传感器解解 根据式根据式(8.20)，对温度求导得，对温度求导得代入已知条件得代入已知条件得则条纹移动数则条纹移动数 。2 光纤位移传感器光纤位移传感器 1.反射强度调制型位移传感器反射强度调制型位移传感器 通通过过改改变变反反射射面面与与光光纤纤端端面面之之间间的的距距离离来来调调制制反反射射光光的的强强度度。Y形形光光纤纤束束由由几几百百根根至至几几千千根根直直径径为为几几十十m mm的的阶阶跃跃型型多多模模光光纤纤集集束束而而成成。它它被被分分成成纤纤维数目大致相等，长度相同的两束。维数目大致相等，长度相同的两束。2 光纤位移传感器光纤位移传感器 发发送送光光纤纤束束和和接接收收光光纤纤束束在在汇汇集集处处端端面面的的分分布布有有多多种种，如如随随机机分分布布、对对半半分分布布、同同轴轴分分布布(分分为为接接收光纤在外层和接收光纤在内层两类收光纤在外层和接收光纤在内层两类)，如图所示。，如图所示。2 光纤位移传感器光纤位移传感器 反反射射光光强强与与位位移移的的关关系系如如图图所所示示。可可以以看看出出，随随机机分分布布时时传传感感器器的的灵灵敏敏度度和和线线性性都都较较好好。还还可可以以看看出出，AB段段的的灵灵敏敏度度和和线线性性好好，但但测测量量范范围围小小，CD段段的的斜斜率率小小即即灵灵敏敏度度低，但线性范围宽。低，但线性范围宽。1随机分布；随机分布；2对半分布；对半分布；3同轴分布；同轴分布；4同轴分布同轴分布AMB CDM2 光纤位移传感器光纤位移传感器 假假设设传传感感器器工工作作在在AB段段，偏偏置置工工作作点点在在M，被被测测物物体体的的反反射射面面与与光光纤纤端端面面之之间间的的初初始始距距离离是是M点点所所对对应应的的距距离离XM。由由曲曲线线可可知知，随随位位移移增增加加光光强强增增加加，反反之之则则光光强强减减少少，故故由此可确定位移方向。由此可确定位移方向。1随机分布；随机分布；2对半分布；对半分布；3同轴分布；同轴分布；4同轴分布同轴分布AMB CDM2 光纤位移传感器光纤位移传感器 光光纤纤位位移移传传感感器器一一般般用用来来测测量量小小位位移移。最最小小能能检检测测零零点点几几m mm的的位位移移量量。这这种种传传感感器器已已在在镀镀层层不不平平度度、零零件件椭椭圆圆度度、锥锥度度、偏偏斜斜度度等等测测量量中中得得到到应应用用，它它还还可可用用来来测测量量微微弱弱振振动动，而而且是非接触测量。且是非接触测量。2 光纤位移传感器光纤位移传感器 2.干涉型光纤位移传感器干涉型光纤位移传感器 干干涉涉型型光光纤纤位位移移传传感感器器和和反反射射光光强强调调制制型型位位移移传传感器相比，测量范围大，测量精度高。感器相比，测量范围大，测量精度高。测量位移的测量位移的迈克尔逊干涉仪如图所示。迈克尔逊干涉仪如图所示。1氦氦氖氖激激光光器器；2分分束束器器；3扩扩束束镜镜；4反反射射镜镜；5可可移移动动四四面面体体棱棱镜镜；6全全息息照照片片；7光光纤纤参参考考臂臂；8光光探探测测器器；9可逆计数器；可逆计数器；10光阑光阑 物物光光和和参参考考光光干干涉涉，在在全全息息干干板板上上形形成成干干涉涉条条纹纹。四四面面体体棱棱镜镜移移动动时时，由由于于光光程程差差变变化化而而使使干干涉涉条条纹纹移移动动，从从干干涉涉条条纹纹的的移移动动量量可可以以确确定定位位移移的的大大小。小。两个光探测器用来确定移动方向。两个光探测器用来确定移动方向。1氦氦氖氖激激光光器器；2分分束束器器；3扩扩束束镜镜；4反反射射镜镜；5可可移移动动四四面面体体棱棱镜镜；6全全息息照照片片；7光光纤纤参参考考臂臂；8光光探探测测器器；9可逆计数器；可逆计数器；10光阑光阑2 光纤位移传感器光纤位移传感器3 光纤流量、流速传感器光纤流量、流速传感器 1.光纤涡流流量计光纤涡流流量计 原原理理如如图图所所示示。采采用用一一根根横横贯贯液液流流管管的的大大数数值值孔孔径径的的多多模模光光纤纤作作为为传传感感元元件件。光光纤纤受受到到液液体体涡涡流流的的作作用用而而振振动动，这这种振动与液体的流速有关。种振动与液体的流速有关。3 光纤流量、流速传感器光纤流量、流速传感器 根根据据流流体体力力学学原原理理，由由于于光光纤纤不不是是流流线线体体，在在一一定定条条件件下下，在在其其下下游游会会产产生生涡涡流流。这这种种涡涡流流是是在在光光纤纤下下游游两两侧侧产产生生的的有有规规律律的的漩漩涡涡，称称为为卡卡门门“涡涡街街”，由由于于漩漩涡涡列列之之间间的的相相互互作作用用，涡涡列列一一般般不不稳稳定定，但但是是实实验验证证明明，当当满满足足h/l0.281时时，涡涡列列是是稳定的。稳定的。3 光纤流量、流速传感器光纤流量、流速传感器 当当每每个个漩漩涡涡产产生生并并泻泻下下时时，它它会会在在光光纤纤上上产产生生一一种种侧侧向向力力，这这样样就就有有一一个个周周期期力力作作用用在在光光纤纤上上，使使其其振振动动。野野外外的的电电线线等等在在风风吹吹动动下下会会嗡嗡嗡嗡作作响响，就就是是这这种现象。实验证明，光纤振动的频率由下式得出种现象。实验证明，光纤振动的频率由下式得出式式中中，u u为为流流速速；d为为光光纤纤直直径径；s为为斯斯特特罗罗哈哈数数(无无量量纲纲)，当当雷雷诺诺数数Re在在500150000范范围围内内时时，对对圆圆柱柱体体s0.2。3 光纤流量、流速传感器光纤流量、流速传感器 当当光光通通过过未未受受扰扰动动的的光光纤纤时时，如如果果光光纤纤直直径径为为200 m mm300 m mm，在在距距离离光光纤纤端端面面约约1520 cm的的地地方方可可以以观观察察到到清清晰晰而而稳稳定定的的斑斑图图，但但它它的的分分布布是是无无规规则则的的。当当光光纤纤振振动动时时，这这些些斑斑图图就就会会不不断断地地振振动动，如如用用光光探探测测器器接接收收斑斑图图的的一一个个小小区区域域，即即可可通通过过频频谱谱仪仪读读出出光光纤纤振振动动的的频频率率。由由式式(8.23)算算出出流流速，在管子尺寸一定的条件下，就可得出流量。速，在管子尺寸一定的条件下，就可得出流量。3 光纤流量、流速传感器光纤流量、流速传感器 这这种种流流量量计计结结构构简简单单而而且且安安全全可可靠靠，可可用用于于易易燃燃、易易爆爆及及有有腐腐蚀蚀性性的的液液体体测测量量。因因为为光光纤纤直直径径很很细细，对对流流体体的的流流阻阻小小，对对流流场场几几乎乎没没有有影影响响。不不足足之处是对低速流体不敏感。之处是对低速流体不敏感。3 光纤流量、流速传感器光纤流量、流速传感器 2.光纤多普勒血流传感器光纤多普勒血流传感器 利利用用多多普普勒勒效效应应可可构构成成光光纤纤速速度度传传感感器器。由由于于光光纤纤很很细细(外外径径约约几几十十m mm)，能能装装在在注注射射器器针针头头内内，插插入入血血管管中中。又又由由于于光光纤纤速速度度传传感感器器没没有有触触电电的的危危险险，所所以用于测量心脏内的血流十分安全。以用于测量心脏内的血流十分安全。3 光纤流量、流速传感器光纤流量、流速传感器 图图示示为为光光纤纤多多普普勒勒血血流流传传感感器器的的原原理理图图。测测量量光光束束通通过过光光纤纤探探针针进进到到被被测测血血流流中中，经经直直径径约约7 m mm的的红红血血球球散散射射，一一部部分分光光按按原原路路返返回回，得得到到多多普普勒勒频移信号频移信号f D Df，频移，频移D Df为为式式中中，u u为为血血流流速速度度；n为为血血液液的的折折射射率率；q q为为光光纤纤轴轴线线与与血血管管轴轴线线的的夹角；夹角；l l为激光波长。为激光波长。f+D+Df3 光纤流量、流速传感器光纤流量、流速传感器 另另一一束束进进入入驱驱动动频频率率为为f140 MHz的的布布喇喇格格盒盒(频移器频移器)，得到频率为，得到频率为ff1的参考光信号。的参考光信号。f1+D Dff-f1 将参考光信号与将参考光信号与多普勒频移信号进行多普勒频移信号进行混频，就得到要探测混频，就得到要探测的信号。这种方法称的信号。这种方法称为为光学外差法光学外差法。f+D+Df3 光纤流量、流速传感器光纤流量、流速传感器 经经光光电电二二极极管管将将混混频频信信号号变变换换成成光光电电流流送送入入频频谱谱分分析析仪仪，得得出出对对应应于于血血流流速速度度的的多多普普勒勒频频移移谱谱(速速度谱度谱)，如右图所示。，如右图所示。f1+Dff-f1f+Df3 光纤流量、流速传感器光纤流量、流速传感器 典典型型的的光光纤纤血血流流传传感感器器可可在在01000 cm/s速速度度范范围围内内使使用用，空空间间分分辨辨率率为为100 m mm，时时间间分分辨辨率率为为8 ms。光光纤纤血血流流传传感感器器的的缺缺点点是是光光纤纤插插入入血血管管中中会会干干扰扰血血液液流流动动，另另外外背背向向散散射射光光非非常常微微弱弱，在在设设计计信号检测电路时必须考虑。信号检测电路时必须考虑。4 光纤磁传感器光纤磁传感器 按按工工作作原原理理可可分分为为：根根据据法法拉拉第第磁磁光光效效应应直直接接实实现现磁磁光光转转换换，根根据据磁磁致致伸伸缩缩效效应应，利利用用力力或或其他物理量间接实现磁光转换。其他物理量间接实现磁光转换。1.利用法拉第磁光效应的光纤传感器利用法拉第磁光效应的光纤传感器 利利用用法法拉拉第第磁磁光光效效应应测测量量磁磁场场的的方方法法很很多多，如如强强度度调调制制方方式式，偏偏振振光光度度测测量量方方式式和和外外差差方方式式等等，这里仅介绍偏振光度测量方式。这里仅介绍偏振光度测量方式。4 光纤磁传感器光纤磁传感器 偏偏振振光光经经保保偏偏光光纤纤、自自聚聚焦焦透透镜镜进进入入法法拉拉第第磁磁光光盒盒，经经多多次次反反射射后后进进入入渥渥拉拉斯斯登登棱棱镜镜，把把偏偏振振光光变变成成振振动动方方向向相相互互垂垂直直的两束光。的两束光。渥拉斯渥拉斯登棱镜登棱镜 设设无无磁磁场场时时出出射射光光的的偏偏振振轴轴与与棱棱镜镜的的偏偏振振轴轴夹夹角为角为45 ，这样，这样D1和和D2光电管接收的光强为光电管接收的光强为式式中中，q q为为偏偏振振面面的的旋旋转转角角度度；I0为为入入射射光光强强；I1、I2为两偏振光的强度。为两偏振光的强度。4 光纤磁传感器光纤磁传感器4 光纤磁传感器光纤磁传感器 采采用用图图中中的的“加加”、“减减”和和“除除”法法运运算算后后，其输出其输出通过测量通过测量P就能确定就能确定q q，利用式，利用式(8.17)即可确定即可确定B。4 光纤磁传感器光纤磁传感器 2.利用磁致伸缩效应的光纤传感器利用磁致伸缩效应的光纤传感器 在在磁磁场场作作用用下下，磁磁性性物物体体的的尺尺寸寸会会发发生生改改变变，这这种种现现象象即即为为磁磁致致伸伸缩缩效效应应。光光纤纤磁磁致致伸伸缩缩效效应应传传感感器器是是在在光光纤纤上上涂涂覆覆磁磁致致伸伸缩缩性性能能良良好好的的材材料料薄薄膜膜，或或者者将将光光纤纤紧紧绕绕在在磁磁致致伸伸缩缩材材料料芯芯棒棒上上。在在外外磁磁场场作作用用下下，由由于于磁磁致致伸伸缩缩效效应应，纤纤芯芯长长度度变变化化及及纤纤芯芯折折射射率率变变化化，都会导致光程的相应变化。都会导致光程的相应变化。4 光纤磁传感器光纤磁传感器 图图示示为为结结构构原原理理图图。其其灵灵敏敏度度与与磁磁性性体体磁磁致致伸伸缩缩效效应应的的强强弱弱、膜膜厚厚度度和和膜膜长长度度有有关关，主主要要取取决决于于材料的磁致伸缩常数。材料的磁致伸缩常数。5 医用光纤传感器医用光纤传感器 医医用用光光纤纤传传感感器器体体积积小小、电电绝绝缘缘和和抗抗电电磁磁干干扰扰性性能能好好，特特别别适适于于身身体体的的内内部部检检测测。可可以以用用来来测测量量体体温温、体体压压、血血流流量量、pH值值等等医医学学参参量量。光光纤纤多多普普勒勒血血流流传传感感器器已已用用于于薄薄壁壁血血管管、小小直直径径血血管管、蛙蛙的蛛网状组织，老鼠的视网膜皮层的血流测量等。的蛛网状组织，老鼠的视网膜皮层的血流测量等。5 医用光纤传感器医用光纤传感器 1.医用内窥镜医用内窥镜 由由于于光光纤纤柔柔软软、自自由由度度大大、传传输输图图像像失失真真小小，引引入入医医用用内内窥窥镜镜后后，可可以以方方便便的的检检查查人人体体的的许许多多部部位位。上上图图为为腹腹腔腔镜镜的的剖剖视视图图。图图像像导导管管直直径径约约3.4 mm。下下图图为为观观察察部部位位的的照片。照片。5 医用光纤传感器医用光纤传感器 2.光纤体压计光纤体压计 可可用用来来检检测测人人体体各各部部位位的的体体压压，如如膀膀胱胱、直直肠肠、颅内和心血管等，测量范围通常为颅内和心血管等，测量范围通常为040 kPa。图图所所为为一一种种医医用用体体压压计计探探针针的的结结构构示示意意图图，在在探探针针端端部部的的开开孔孔上上安安装装有有对对压压力力敏敏感感的的防防水水薄薄膜膜。膜膜片片通过悬臂梁与反射镜相连。通过悬臂梁与反射镜相连。p防水薄膜6 分布式光纤传感器分布式光纤传感器 分分布布式式传传感感器器是是指指能能同同时时测测量量空空间间多多个个点点甚甚至至空空间连续分布的环境参数的传感器间连续分布的环境参数的传感器。利利用用光光纤纤本本身身特特征征的的功功能能型型光光纤纤可可构构成成性性能能优优良良的的分分布布式式光光纤纤传传感感器器，特特别别适适于于需需要要同同时时监监测测在在光光纤纤通通过过的的路路途途上上大大量量位位置置处处连连续续变变化化的的物物理理量量，如如建建筑筑物物、桥桥梁梁、水水坝坝、储储油油罐罐等等大大型型结结构构中中应应力力的的检检测测，石石油油钻钻井井平平台台、飞飞机机、航航天天器器、电电力力变变压压器器、发发电电机机组、反应堆等场合应力和温度分布的实时监测等。组、反应堆等场合应力和温度分布的实时监测等。6 分布式光纤传感器分布式光纤传感器 根根据据不不同同的的原原理理，可可构构成成不不同同的的分分布布式式光光纤纤传传感感器器，如如利利用用后后向向瑞瑞利利散散射射的的、利利用用喇喇曼曼效效应应的的、利利用用布布里里渊渊效效应应的的和和利利用用前前向向传传输输模模耦耦合合的的分分布布式式光纤光纤传感技术等。传感技术等。6 分布式光纤传感器分布式光纤传感器 瑞瑞利利散散射射是是入入射射光光与与介介质质中中的的微微观观粒粒子子发发生生弹弹性性碰碰撞撞所所引引起起的的，散散射射光光的的频频率率与与入入射射光光的的频频率率相相同同。光光脉脉冲冲在在光光纤纤中中传传播播时时，由由于于瑞瑞利利散散射射而而发发生生能能量量损损耗耗，通通过过检检测测后后向向散散射射光光的的强强度度，就就可可获获得得衰衰减减程程度度沿沿光光纤纤的的分分布布状状况况，这这是是一一种种最最简简单单的的分分布布式式传传感感器器，也也是是光光纤纤通通信信中中查查找找光光缆缆故故障障和和缺缺陷陷定位的一种诊断技术。定位的一种诊断技术。6 分布式光纤传感器分布式光纤传感器 在在利利用用后后向向瑞瑞利利散散射射的的光光纤纤传传感感技技术术中中，一一般般采采用用光光时时域域反反射射(OTDR)结结构构来来实实现现被被测测量量的的空空间间定定位位。依依据据瑞瑞利利散散射射光光在在光光纤纤中中受受到到的的调调制制作作用用，该该传感技术可分为传感技术可分为强度调制型强度调制型和和偏振态调制型偏振态调制型。6 分布式光纤传感器分布式光纤传感器 OTDR原原理理如如图图所所示示。根根据据后后向向散散射射功功率率的的对对数数斜斜率率a ai是是否否变变化化，可可知知道道光光纤纤内内是是否否存存在在故故障障点点。观观测测后后向向散散射射脉脉冲冲的的到到达达时时间间t，便便可可测测得得故障点的位置故障点的位置z。6 分布式光纤传感器分布式光纤传感器 式中式中，c为真空中光速；为真空中光速；n为纤芯折射率。为纤芯折射率。OTDR的的空空间间分分辨辨率率，即即可可分分辨辨的的两两个个故故障障点点的最小距离，是由脉冲宽度的最小距离，是由脉冲宽度t t决定的，可表示为决定的，可表示为 一一般般情情况况下下，OTDR反反射射信信号号很很弱弱，要要获获得得高高信噪比，常常需要对多个探测脉冲求平均。信噪比，常常需要对多个探测脉冲求平均。6 分布式光纤传感器分布式光纤传感器 利利用用适适当当的的光光纤纤结结构构，使使损损耗耗系系数数a ai与与环环境境的的某某个个物物理理量量有有关关，则则可可对对其其进进行行分分布布式式测测量量。例例如如：外外界界压压力力或或变变形形使使光光纤纤产产生生的的微微弯弯损损耗耗；在在光光纤纤中中掺掺杂杂稀稀土土离离子子后后，衰衰减减与与环环境境温温度度有有关关；利利用用保保偏偏光光纤纤，若若环环境境使使光光纤纤产产生生应应力力，将将导导致致光光信信号号的的偏偏振振状状态态发发生生变变化化；利利用用克克尔尔效效应应或或法法拉拉第第磁磁光光效效应应，通过监测偏振状态来测量电场和磁场的分布。通过监测偏振状态来测量电场和磁场的分布。7 工业用内窥镜工业用内窥镜 在工业生产的某些过程中，经常需要检查某些系在工业生产的某些过程中，经常需要检查某些系统内部结构状况，而这些系统由于种种原因不能打开统内部结构状况，而这些系统由于种种原因不能打开或靠近观察，采用光纤图像传感器可解决这一难题。或靠近观察，采用光纤图像传感器可解决这一难题。8 光纤加速度传感器光纤加速度传感器光纤加速度传感器如图所示。光纤加速度传感器如图所示。9 光纤光纤光栅传感器光栅传感器 1978年年首首次次观观察察到到掺掺锗锗光光纤纤中中因因光光诱诱导导产产生生的的光光栅栅效效应应，其其后后又又发发展展了了紫紫外外光光侧侧面面写写入入光光敏敏光光纤纤光光栅栅技技术术。所所谓谓光光纤纤的的光光敏敏性性是是指指，掺掺杂杂光光纤纤中中通通过过激激光光时时，光光纤纤的的折折射射率率将将随随光光强强的的空空间间分分布布发发生生相相应应的的变变化化。如如用用激激光光干干涉涉条条纹纹侧侧面面辐辐照照掺掺锗锗光光纤纤，就就会会使使其其成成为为光光纤纤光光栅栅，并并且且在在500 以以下下稳稳定定不不变变，用用500 以以上上的的高高温温可可擦擦除除。这这种种光光栅栅制制作作简简单单，在在光光纤纤通通信和光纤传感中都有相当重要的应用。信和光纤传感中都有相当重要的应用。9 光纤光纤光栅传感器光栅传感器 光光纤纤光光栅栅是是利利用用光光纤纤的的光光敏敏性性(也也称称为为光光致致折折射射率率变变化化效效应应)制制成成的的。光光纤纤光光栅栅实实质质上上是是一一种种波波长长选选择择反反射射器器，它它的的反反射射信信号号的的波波长长会会受受施施于于其其上上的的温温度度和和应应变变的的影影响响而而发发生生变变化化。利利用用光光纤纤光光栅栅的的温温度度和和应应变变两两种种效效应应，可可以以检检测测许许多多物物理理量量，在在传传感技术中应用前景十分广阔。感技术中应用前景十分广阔。10 光纤层析成像分析技术及应用光纤层析成像分析技术及应用 光光纤纤层层析析成成像像分分析析技技术术源源于于X射射线线层层析析成成像像分分析析(CT)，其其基基本本原原理理是是，当当光光线线经经过过被被测测样样品品时时，不不同同样样品品材材料料的的吸吸收收特特性性不不同同，因因此此对对经经过过样样品品的的光光线线进进行行测测量量、分分析析，并并根根据据预预定定的的拓拓扑扑结结构构和和设设计计进进行行解解算算就就可可得得到到所所需需要要的的样样品品参参数数。根根据据原原理理和和应应用用场场合合的的不不同同，可可分分为为光光相相干干层层析析成成像像分分析析技技术术(OCT)和和光光过程层析成像分析技术过程层析成像分析技术(OPT)。10 光纤层析成像分析技术及应用光纤层析成像分析技术及应用 OCT的的基基本本原原理理如如图图所所示示，一一个个光光脉脉冲冲在在样样品品的的不不同同深深度度处处反反射射回回来来的的时时间间是是不不同同的的，通通过过测测量量光光脉脉冲冲从从样样品品中中反反射射回回来来的的时时间间延延时时，可可得得到到样样品品深度方向的结构图像。深度方向的结构图像。10 光纤层析成像分析技术及应用光纤层析成像分析技术及应用 若若想想反反映映m mm量量级级的的深深度度差差别别，则则时时间间延延迟迟将将短短至至1015 s，电电子子设设备备难难以以直直接接测测量量，故故利利用用迈迈克克尔尔逊逊干涉仪进行测量。干涉仪进行测量。10 光纤层析成像分析技术及应用光纤层析成像分析技术及应用 OCT主主要要应应用用于于生生物物、医医学学、化化学学分分析析等等领领域域，例例如如视视网网膜膜扫扫描描、胃胃肠肠内内视视和和用用于于实实现现彩彩色色多多普普勒勒(CDOCT)血血流流成成像像等等。OCT为为生生物物细细胞胞和和机机体体的的活活性性检检测测提提供供了了一一种种有有效效的的方方式式，已已有有实实例例应应用用于于对对生生长长中的细胞进行观察和监测。中的细胞进行观察和监测。10 光纤层析成像分析技术及应用光纤层析成像分析技术及应用 图图示示为为清清华华大大学学建建立立的的我我国国第第一一台台OCT装装置置得得到到的的葱葱表表皮皮的的光光学学相相干干CT图图象象。该该图图象象实实际际尺尺寸寸为为10 mm4 mm，横横向向分分辨辨率率约约20 m mm，纵纵向向分分辨辨率率约约25 m mm。表表皮皮层层、导导管管和和筛筛管管的的细细胞胞结结构构，不不需需做切片便可看清。做切片便可看清。10 光纤层析成像分析技术及应用光纤层析成像分析技术及应用 图图示示为为兔兔子子眼眼球球的的OCT图图象象，其其中中角角膜膜、晶晶状状体、睫状体等结构都十分清晰。体、睫状体等结构都十分清晰。10 光纤层析成像分析技术及应用光纤层析成像分析技术及应用 OPT则则面面向向工工业业工工程程油油井井、管管线线等等场场所所，高高精精度度地地解解决决流流体体的的过过程程测测量量问问题题。由由于于OPT具具有有适适用用于于狭狭小小的的或或不不规规则则的的空空间间、安安全全性性高高、测测量量区区域域不不受受电电磁磁干干扰扰以以及及可可组组成成测测量量网网络络的的多多项项长长处处，为工业过程的安全测量提供了一种优良的手段。为工业过程的安全测量提供了一种优良的手段。11 光纤纳米生物传感器光纤纳米生物传感器 目目前前最最新新的的生生物物检检测测技技术术多多采采用用纳纳米米传传感感器器。其其中中一一类类是是运运用用纳纳米米纤纤维维技技术术的的光光学学生生物物传传感感器器。纳纳米米尺尺度度的的光光纤纤尖尖端端的的制制作作是是光光纤纤纳纳米米传传感感器器的的基基础础，左左图图为为熔熔接接熔熔拉拉腐腐蚀蚀法法实实验验结结果果。右右图图为为纳纳米光纤用于细胞检测。米光纤用于细胞检测。12 光纤传感领域的发展光纤传感领域的发展 当当前前，世世界界上上光光纤纤传传感感领领域域的的发发展展可可分分为为两两大大方向：原理性研究与应用开发。方向：原理性研究与应用开发。当前的原理性研究热点集中于两大板块当前的原理性研究热点集中于两大板块 光纤光栅传感器光纤光栅传感器;分布式光纤传感系统。分布式光纤传感系统。12 光纤传感领域的发展光纤传感领域的发展 对于光纤传感技术的应用研究主要有以下四大类对于光纤传感技术的应用研究主要有以下四大类 光光(纤纤)层析成像技术层析成像技术(OCT，OPT)；智能材料；智能材料；光纤陀螺与惯性导航系统；光纤陀螺与惯性导航系统；常规工业、工程传感器。常规工业、工程传感器。