光纤传感技术及其军事应用

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1、光纤传感技术及其军事应用王丹阳（电子工程学院20123949）摘要：文章简述了光纤传感技术和光纤传感器在军事上的重要应用状况，以光纤陀螺为例进行了详细说明，最后简述了光纤传感技术在军事上的发展趋势。关键词：光纤传感技术光纤传感器光纤传感网络光纤陀螺1.引言随着传统通信技术的发展和成熟，光通信技术正朝着超高速、人容量通信的方向发展。而光纤传感技术正是伴随着光纤技术和光纤通信技术的发展而发展起来的一种传感技术早在20世纪60年代屮期就出现了第一个关于光纤传感器专利以来，至今几十年，传感技术成为一项令当今世人瞩目的迅猛发展的高

2、新技术z—,也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术和计算机技术构成信息产业的三大支柱。2.光纤传感技术研发进展2.1光纤传感技术随着光纤传感技术的发展，传统的通信用光纤及光纤器件已经无法满足传感技术日益发展的需要，在一定程度上制约了光纤传感技术发展速度因而，世界各国将传感用光纤列为光纤技术领威屮的重耍研究课题之一。目前,主要通过5种途径研发传感光纤：①对石英光纤进行某些特殊处理，使之获得传感器所需要的特性，这是早期光纤传感器所需要的光纤。②改变光纤结构，获得两种工作类型的传感光纤，一种是保偏光纤，另一种是偏振光

3、纤。③改变光纤的掺杂材料，可以制成具有新特性的传感光纤，即在石英光纤种利用掺杂稀土金屈离子，可制造出多种传感光纤。④液芯光纤，是一种具冇新型结构的光纤，它是用于传输紫外光波段光线的液芯光纤，现已开始用于研制测量温度、屯压和折射率等参量的光纤传感器。⑤光子晶体光纤（PCF）。2.2光纤传感器光纤传感器是利用光纤优良的传输性能和奇特的传感功能来感测各种物理量和机械量，由于其具有灵皱度高、固有安全性、抗电磁干扰性强、高绝缘性、质轻柔软和集传感与传输于一体，以及能与数字通信系统兼容、防爆性好、光路可挠曲、易于与计算机连接、便于遥

4、测、结构简单、体积小、重量轻、耗电少等诸多优点，在军事领域有着极其广泛的应用前景。2.3光纤传感器技术2.3.1光纤陀螺仪（或称光纤转动传感器）于1976年，美国Utah大学的Vali和R.W.Shorithi成功地制作了第一个光纤陀螺（FOG）,它标志着第二代光学陀螺一光纤陀螺的诞生（第一代光学陀螺为激光陀螺）。30多年來获得了很大的研究进展，大部分技术问题基木上得到解决，其灵敏度提高了4个数量级，其角速度测量精度从最初的15°/h提高到了现在的0.001°/h的量级。下一步要解决的技术问题是在如何构成低成木、小尺寸，

5、而且其性能接近理论极限的光纤陀螺仪。光纤陀螺[1]（0FG）是随着光纤技术迅速发展而出现的一种新型光纤旋转传感器。由于它的相位调制传感方式貝有极高灵敏度以及精巧和高机械强度的实用性,将成为航天、航空、航海等诸多领域中最具冇发展前景的惯性部件。它是由N匝光纤线圈构成的光纤陀螺简单-原理结构。激光器发射的光由分光器（或合光器）分为二束光，分别被耦合到光纤线圈的两端，并沿相反的方向传送，最后再由同一分光器（作合光器用）组合在一起送到光电检测器。当系统不旋转时，二束光将产生相消或相长的干涉（取决于分光器类型）。当光纤线圈以角速度

6、3顺时针旋转（或逆时针旋转，其结论是相同的）时，曲二光束到达检测器吋的相差就可确定角速度3。口前，对光纤陀螺仪研究了三种不同技术,即小型化分立光学元件光纤陀螺仪，全光纤陀螺仪和集成化全光纤陀螺仪。2.3.2光纤水声传感器目前，对光纤水声传感器的研究主要集中在4种类型，微型光纤水声传感器,强度型光纤水声传感器，干涉型光纤水声传感器和光栅型光纤水声传感器。这4种光纤水声传感器屮各有其优缺点，从发展趋势来看，其屮光栅型光纤水声传感器有更大的发展潜力。2.3.3分布式光纤传感器分布式光纤传感器是利用光波在光纤中的传输特性，可沿光

7、纤长度方向上连续地传感被测量，如温度、压力、应力、应变等，此时光纤既是传感介质，又是传输介质，传感光纤长度从1T米到几百T米。2.3.4智能复合材料中的光纤传感器美国正在为未来的弹道导弹使用的智能复合材料开展研究工作，其中一项重耍研究项目是如何将光纤传感器植入智能复合材料屮，经研究证明，设计和制作标准化，模块化的光纤传感层是解决智能复合材料中使用的传感器的有效途径Z一，目前冇两种比较好的集成制作方法，i种是用聚酰亚胺薄膜与光纤传感器阵列的集成，另一种方式是采用聚合物光纤材料如含氟聚酰亚胺，按集成光学的方法制作传感层将光路

8、和敏感元件集成在一起，从而实现传感系统高度模块化和集成化。2.4光纤传感网络系统技术近儿年来，随着光纤传感器技术和光纤网络技术的迅速发展，促使了将多个光纤传感器构成的光纤传感网络系统的发展，以满足军用和民用对多点、多参量和大空间范围的传感网络的需求。2.4.1网络的连接技术多传感器构成光传感网络的首要问题是如何解决将