傳感器在當代科技領域及實際應用中占有十分重要的地位，各種類型的傳感器早已廣泛應用于各個學科領域。光纖光柵是近幾年發展最為迅速的新一代光無源器件，在光纖通信和光纖傳感等相關領域發揮著愈來愈重要的作用^【l】。光纖傳感器是近幾十年來迅速發展起來的一種新型傳感器，它具有抗電磁干擾、電絕緣性好、靈敏度高等一系列優點，具有廣泛的應用前景。光纖傳感器分為兩類：一類稱為功能型傳感器，它的光纖對被測信號兼有敏感和傳輸的作用；另一類稱為非功能型傳感器，它的光纖僅起傳輸的作用^【2】。功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件，被測量對光纖內傳輸的光進行調制，使傳輸的光的強度、相位、頻率或偏振態等特性發生變化，再通過對被調制過的信號進行解調，從而得出被測信號。光纖在其中不僅是導光媒質，而且也是敏感元件，光在光纖內受被測量調制，多采用多模光纖。非功能型傳感器是利用其它敏感元件感受被測量的變化，光纖僅作為信息的傳輸介質，常采用單模光纖。光纖在其中僅起導光作用，光照在光纖型敏感元件上受被測量調制。

    1 光纖傳感器的應用

    光纖傳感器的應用范圍很廣，幾乎涉及國民經濟的所有重要領域和人們的日常生活，尤其可以安全有效地在惡劣環境中使用，解決了許多行業多年來一直存在的技術難題，具有很大的市場需求。主要表現在以下幾個方面的應用：

    1．1城市建設中橋梁、大壩、油田等的干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器的應用。光纖傳感器可預埋在混凝土、碳纖維增強塑料及各種復合材料中，用于測試應力松弛、施工應力和動荷載應力從而來評估橋梁短期、施工階段和長期營運狀態的結構性能。

    1．2在電力系統，需要測定溫度、電流等參數．如對高壓變壓器和大型電機的定子、轉子內的溫度檢測等，由于電類傳感器易受強電磁場的干擾，無法在這些場合中使用，只能用光纖傳感器。分布式光纖溫度傳感器是近幾年發展起來的一種用于實時測量空間溫度場分布的高新技術，分布式光纖溫度傳感系統不僅具有普通光纖傳感器的優點，還具有對光纖沿線各點的溫度的分布式傳感能力，利用這種特點我們可以連續實時測量光纖沿線幾公里內各點的溫度，定位精度可達米的量級，測溫精度可達1℃的水平，非常適用于大范圍多點測溫的應用場合。在石油化工系統、礦井、大型電廠等，需要檢測氧氣、碳氫化合物、CO等氣體，采用電類傳感器不但達不到要求的精度，更嚴重的是會引起安全事故。因此，研究和開發高性能的光纖氣敏傳感器，可以安全有效地實現上述檢測。

    1．3在環境監測、臨床醫學檢測、食品安全檢測等方面．由于其環境復雜，影響因素多，使用其它傳感器達不到所需要的精度，并且易受外界因素的干擾，采用光纖傳感器可以具有很強的抗干擾能力和較高的精度，可實現對上述各領域的生物量的快速、方便、準確地檢測。目前，我國水源的污染情況嚴重．臨床檢驗、食品安全檢測手段比較落后，光纖傳感器在這些領域具有極好的市場前景。

    1．4醫學及生物傳感器。醫學臨床應用光纖輻射劑量計、呼吸系統氣流傳感系統；用FOS探測氫氧化物及其他化學污染物；光纖表面細胞質粒基因組共振生物傳感器；生物適應FOS系統應用于海水監測、生化技術、醫藥。

    2 光纖傳感器結合工程上的歷程

    1989年美國布朗大學的Mendez等人^【3】首先提出了將光纖傳感器用于鋼筋混凝土結構和建筑檢測的可能性。之后，美國、加拿大、英國、德國、日本、瑞士等國，紛紛將光纖傳感技術應用于橋梁等建筑物的安全監測。加拿大卡爾加里附近的 Beddington Trail 大橋是最早使用光纖光柵傳感器進行測量的橋梁之一，16個光纖光柵傳感器貼在預應力混凝土支撐的鋼增強桿和炭纖復合材料筋上，對橋梁結構進行長期監測^【4】 。1999年夏，在美國新墨西哥 Las Cruces 10號州際高速公路的一座鋼結構橋梁上，安裝了120個光纖光柵傳感器，創造了當時在一座橋梁上使用光纖光柵傳感器最多的紀錄^【5】。德國的 GFZ Potsdam 開發的光纖光柵應變傳感器用于探測巖石構成和巖石工程(包括隧道、洞穴、坑道、深層地基)的靜態和動態應變，開發的光纖光柵地震成像系統用于地下煤礦坑道的安全監測等等。歐洲的STABILOS計劃中開發的光纖光柵傳感系統用于對瑞士的Mont—Terri隧道和礦井主梁的長期靜態位移監測等。近年來．以加拿大渥太華大學和瑞士聯邦工學院為代表的分布式布里淵光纖傳感技術(BOTDA／BOTDR)成為研究的熱點^【6-7】，廣泛應用于石油管道、市政工程、電力電線等安全在線監測。90年代初，我國開始了光纖傳感技術的應用研究。清華大學、同濟大學、重慶大學、哈爾濱工業大學、武漢理工大學等院校已對光纖光柵傳感器應用于橋梁檢測進行了大量研究，并進行了一些工程應用，取得了較好的效果。而且，武漢理工大學在光纖光柵解調儀的研發上取得了很大成功^【8-10】，主要技術參數達到國際同類產品的水平。2003年6月，同濟大學主持的盧浦大橋健康檢測項目中，采用了光纖光柵傳感器，用于檢測大橋在各種情況下的應力應變和溫度變化情況。該項成果還在東海大橋結構健康監測系統設計中得到了體現^【11】。南京大學主要對布里淵光時域反射(BOTDR)技術的工程應用進行了大量的工作^【12】，在玄武湖隧道監測項目中取得了較好的效果。石家莊鐵道學院大型結構健康診斷與控制研究所在山西小溝特大橋健康監測中，使用FBG應變傳感器監測大橋的受力情況，并結合小溝橋自身特點，采用模態動能法,即挑選振幅較大的點或者模態動能較大的點來布設傳感器，共布設73個FBG應變傳感器，達到良好的監測效果^【13】。中鐵隧道集團

采用光纖布喇格光柵傳感技術對廣州地鐵五號線小北站暗挖區間隧道進行了監測研究，包括監測設備比選、監測系統設計、傳感器封裝及保護、數據處理與分析。現場每個監測斷面設計鋪設6個FBG鋼筋應力計傳感器、2個FBG混凝土應變計和1個FBG溫度傳感器,所有傳感器只敷設在拱頂和邊墻上。研究表明FBG傳感技術用于地下工程的監測十分可行，為FBG傳感技術用于地下工程的監測提供重要參考^【14】。北京科技大學和昆明理工大學以昆明白泥井3號隧道為實例,提出FBG傳感器在隧道內的鋪設方案及溫度補償技術。FBG監測系統覆蓋隧道的一段，共選取10個斷面按“Ω型”布置，進行繞拱變形監測，監測線路采用全面接著方法。經過對隧道進行8個月的定期監測，分析結果表明，FBG可準確地測出隧道的應變分布，將其應用于隧道變形監測中是可行和有效的，驗證FBG監測系統的可靠性^【15】。中國計量學院主要研發喇曼光時域反射(ROTDR)技術，目前產品已經在國內多家單位應用，主要性能指標達到國際先進水平。

3．1全光纖微型化：傳感頭由光纖構成且只使用1根光纖已成為發展趨勢。全光纖傳感頭的體積小且工作可靠，由于目前光纖之間的熔接損耗為0．1dB左右，這樣的損耗不影響探頭的正常工作，目前，光纖之間的粘接技術和光纖端面拋光、鍍膜等相關技術等都在研究中。

3．2多參量實時化：1只傳感器同時測量多個參量既減少測量裝置的元件數量，又可避免多只傳感器之間相互影響，因而，多只參量實時監測成為研究的熱點。目前已有很多研究者在研究能進行溫度、應力、應變同時測量的光纖光柵類傳感器，并取得了一定的研究成果。

3．3高精度實用化：光纖傳感器在研究過程中各組成元件都是線性理想化的，和實際應用存在一定的差距。因此，光通道中的非線性研究、實際檢測動態范圍的增大是實用化的基礎。

3．4陣列化，網絡化，易于構成分布式檢測系統：構成分布式檢測系統可以大幅度提高檢測效率，節約檢測成本，節省時間人力物力，利用無線傳輸與網絡進行遠距離監測也可為特殊環境下的實時檢測提供極大方便。

4結語