商用光纤传感器进展

msq

作为学生，想请教一下目前商用的光纤传感器都发展到什么地步了呢？在课本上了解到的只有otdr测光纤损坏处，以及一些关于光纤传感的基础介绍，搜索后发现有较多通过光纤光栅测量力、温度的相关文献，但并不清楚是否能够商用。想请问大佬们，目前商用的光纤传感器都发展到什么地步，是否有适合商用的通用方法？以及对于光信号的接收和处理是怎样进行的呢，商用的会通过光谱仪测量吗？

design新手

之前做的是光纤形状传感器。目前主流的方案有两种1.基于FBG的方案，通过解调FBG的波长变化重建光纤形状，可以通过光谱仪来获得波长信息，但是商用的话一般不用光谱仪，用专用的光纤光栅解调仪。这种方案我认为唯一的优点就是便宜，商用公司主要有FBGS，但是据说形状传感效果不太好。2.基于OFDR的方案，通过解调背向瑞利散射与发射光的干涉来重建光纤形状，原理跟OCT一样。这个方案不是我的研究方向，仅仅是了解而已，应该是用不到光谱仪的。这种方案的难点就在于光信号的接收与处理，商用公司有TSSC，Luna。达芬奇手术机器人的形状传感就是使用这个方案的，形状传感效果很好，缺点的话就是贵。

ue知行合一stc

本科光电设计竞赛做过光纤加速度传感器，具体指标忘了，原理主要是用光纤剖面和一个反射镜形成一个干涉腔，理论上推导可以得出干涉光强与腔长的关系；在通过力学模型得出腔长和加速度的关系，最后其实干涉光的光强与加速度成正比

hunter123

design新手 发表于 2023-11-2 14:30
之前做的是光纤形状传感器。目前主流的方案有两种1.基于FBG的方案，通过解调FBG的波长变化重建光纤形状，可 ...

看你答复的，应该在这行做了几年或者调研过一些了。如果用光纤光栅(FBG)这种的话，解调仪里面多数还是以光谱仪为主，精度高且没有运动部件，稳定。确实，利用FBG来成型的话，对于扭转产生的挠度不好解决，在一定程度上会影响成型。但是会配合一些算法，例如匹配等以此提升精度。OFDR这种方案，确实在成型精度上会有优势，毕竟利用的原理不同。FBG解调的是光纤上的栅点，由于考虑到解调空间上的波长漂移以及弯曲造成的波长重叠，因此刻栅需要有一定间隔的，因此会降低光纤的空间分辨率。但是OFDR不会，理论上可以解调光栅上的每一个点。OFDR在原理上和OCT确实挺像，与扫频OCT类似。
最后在应用上，一般会根据光纤传感的两个特点去考虑因应用，像温度、应变等。例如，飞机机翼表面形变，桥梁质量监测(土建工程方向)，气体泄漏监测，锂电池测温测压，测量血糖、胆固醇，手术机器人术中的实施压力、温度监测反馈，智能穿戴设备等等。

hunter123

ue知行合一stc 发表于 2023-11-2 16:09
本科光电设计竞赛做过光纤加速度传感器，具体指标忘了，原理主要是用光纤剖面和一个反射镜形成一个干涉腔， ...

这种的应用也挺多，光纤微腔。解调仪一般采用白光干涉的原理进行解调，通过检测腔长变化幅度(光强)与变化快慢(频率)，就可以联系起来了，光纤超声亦是其中一种

msq

hunter123 发表于 2023-11-5 23:30
看你答复的，应该在这行做了几年或者调研过一些了。如果用光纤光栅(FBG)这种的话，解调仪里面多数还是以 ...

感谢各位解答，我还有个疑问：在这些典型应用方面，光纤传感会比电学方案具有更明显的优势吗？或者说在测量应变、弯曲、温度等方面的应用上，有什么非光纤传感不可的理由吗？

hunter123

msq 发表于 2023-11-7 09:53
感谢各位解答，我还有个疑问：在这些典型应用方面，光纤传感会比电学方案具有更明显的优势吗？或者说在测 ...

有优势，我总结下来以下几点：
1、尺寸优势，可以做到很小，目前电子传感器最小的，应该是TE（泰科）的，长x宽x高=0.75x0.22x0.075mm，而一般用于形状传感的多芯光纤就可以做到125μm左右，如果是其他应用，单芯光纤可以做到更加细。而且现在还有微纳级别的光纤，可以做到几个微米直径，可以进到一些非常狭小的血管等；
2、串联优势，像多点测试可以直接布局一个光纤光栅串就行，例如锂电池表面的多点温度监控，就可以在想要监控的地方放一些栅点就行，而电子传感器就需要级联好多个；
3、电磁干扰优势，在一些强磁环境中，电子传感器会受到串扰，而光纤就不会，因为是无源器件；
4、灵敏度优势，光纤传感可以通过一些特殊的解调方式，将传感灵敏度做到很高（例如白光干涉解调，因为是弱相干技术进行解调，灵敏度很高），而电子传感器一般会受限于暗电流噪声影响，最小探测极限，灵敏度就没这么好；
5、测试兼容度高，像电子传感器，上面提到的TE，在测压这块，它需要将传感器的sensor暴露出来，一般在表面封装一层胶，只能测液压、气压等这种间接性的力，而像接触力就无法测量。光纤传感器就不受限制，FBG这种可以测接触力，非接触力像液压、气压，可以通过F-P型的光线传感器实现；
6、温湿度要求，像电子传感器在高湿度环境下工作，会对传感器的封装要求高，容易出现高湿度环境下器件短路，而光纤传感器不存在这个问题；
7、还有，光纤传感器的应用非常广，可以从解调仪的技术，光纤类型与工艺拓展各种各样的应用。