光纤传感技术在国内多个领域的实际应用案例
光纤传感技术，是20世纪70年代发展起来的一种新型的传感技术，当光在光纤中传播时，在外界温度、压力、位移、磁场、电场和转动等因素作用下，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。
光纤传感器，资料图
光纤传感技术原理及分类
光纤传感器主要由光源、传输光纤、光电探测器和信号处理部分等组成。其基本原理是将来自光源的光经过光纤送入传感头（调制器），使待测量参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位和偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，再经过光纤送入光电探测器，将光信号转化为电信号，最后经过信号处理后还原出被测物理量。
光纤传感器一般可分为功能型（传感型）传感器和非功能型（传光型）传感器两大类。
功能型传感器，是利用光纤对外界信息具有敏感能力和检测能力的特性，将光纤作为敏感元件，当被测量在光纤中传输时，光的强度、相位、频率或偏振态等特性将发生变化，从而实现了调制的功能。然后，再通过对被调制过的信号进行解调，得出被测信号。在这种传感器中，光纤不仅起到了传光的作用，还起到了“感”的作用。
非功能型传感器，是利用其他敏感元件来感受被测量的变化，光纤仅作为信息的传输介质，即光纤只起导光作用。与传统的光电传感器相比，光纤传感器具有抗电磁干扰能力强、电绝缘性好和灵敏度高等优点。因而，被广泛应用于各个领域，如环境、桥梁、大坝、油田、临床医学检测和食品安全检测等领域。
石油罐区内浮顶罐的光纤传感器安装，资料图
光纤传感技术的国内应用案例
目前，光纤传感器已深入运载火箭、古建筑、输油管道、航空舱等多种应用领域。同传统的电力传感器相比，光纤传感具有抗电磁干扰、电绝缘、灵敏度高等优点。
例如，中国石油化工股份有限公司普光气田，是国内唯一的高含硫气田，输气管道安全要求极高，利用电力传感器进行安全监测存在安全隐患。2017年，普光气田与北京市光纤传感系统工程技术研究中心合作，在天然气管道运营安全监测领域首次应用光纤传感器产品，实现了安全监测。
光纤光栅传感器技术用于故宫建筑应变变形监测系统中，资料图
北京故宫博物院的建筑历史悠久，部分古建筑出现了倾斜、开裂等问题，需要有效的监测手段。但由于文物建筑的特殊性，常规的监测手段均不能满足要求。光纤光栅传感技术具有无源、非介入、无需现场通电等特点，有效避免了引入额外风险。
目前，光纤传感技术众多，其中较为成熟的是光纤电流/电压互感器技术。比如，在特高压建设中，从高压端到低压端只有一根光纤，传统产品发生过断电事故；而光纤传感天然绝缘，且测量带宽远高于传统技术，为我国智能电网和特高压建设发挥了重要作用。
例如，在近来的北京城市建设中，光纤温湿度传感系统，用于北京某烟草仓库的环境参数监测；光纤电流互感器应用于国家电网北京分公司菜市口数字变电站建设。此外，光纤传感产品的产业化开发也有效带动了北京市光电子器件、新一代信息技术等产业的发展。
不过，由于具有一定的技术难度，国内只有少数光纤传感技术进入应用，实现产业化。从国际范围来看，光纤传感技术虽方兴未艾，但很多产品处于研发阶段。未来几年，我国相关科研单位及企业，将与产业链上下游企业合作，同国内外高校和科研机构进行合作开发，加速技术转化和产品产业化进程，继续在光纤传感监测领域进行技术和产品攻关。
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Mark
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