时间：2022-02-05 19:48:52
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光纤传感器主要由光源、光纤与探测器3部分组成，光源发出的光耦合进光纤，经光纤进入调制区，在调治区内，外界被测参数作用于进入调区内的光信号，是其光学性质如光的强度、相位、偏振态、波长等发生变化成为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器而获得被测参数，光纤传感器中的光纤通常由纤芯、包层、树脂涂层和塑料护套组成，纤芯和包层具有不同的折射率，树脂涂层对光纤起保护作用，光纤按材料组成分为玻璃光纤和塑料光纤；按光纤纤芯和包层折射率的分布可分为阶跃折射率型光纤和梯度折射率光纤两种。光纤能够约束引导光波在其内部或表面附近沿轴线方向向前传播，具有感测和传输的双重功能，是一种非常重要的智能材料。
2.光纤传感器的类型及特点
光纤传感器的类型很多，按光纤传感器中光纤的作用可分为传感型和传光型两种类型。
传感型光纤传感器又称为功能型光纤传感器，主要使用单模光纤，光纤不仅起传光作用，同时又是敏感元件，它利用光纤本身的传输特性经被测物理量作用而发生变化的特点，使光波传导的属性(振幅、相位、频率、偏振)被调制。因此，这一类光纤传感器又分为光强调制型，偏振态调制型和波长调制型等几种。对于传感型光纤传感器，由于光纤本身是敏感元件，因此加长光纤的长度可以得到很高的灵敏度。
传光型光纤传感器又称非功能型光纤传感器，它是将经过被测对象所调制的光信号输入光纤后，通过在输出段进行光信号处理而进行测量的。在这类传感器中，光纤仅作为传光元件，必须附加能够对光纤所传递的光进行调治的敏感元件才能组成传感元件。
3.光纤传感器的应用
光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了许多行业多年来一直存在的技术难题，具有很大的市场需求。主要表现在以下几个方面的应用:
(1)城市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的应用。光纤传感器可预埋在混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中，用于测试应力松弛、施工应力和动荷载应力从而来评估桥梁短期、施工阶段和长期营运状态的结构性能。
(2)在电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等，由于电类传感器易受强电磁场的干扰，无法在这些场合中使用，只能用光纤传感器。分布式光纤温度传感器是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高新技术，分布式光纤温度传感系统不仅具有普通光纤传感器的优点，还具有对光纤沿线各点的温度的分布式传感能力，利用这种特点我们可以连续实时测量光纤沿线几公里内各点的温度，定位精度可达米的量级，测温精度可达1度的水平，非常适用于大范围多点测温的应用场合。
(3)在石油化工系统、矿井、大型电厂等，需要检测氧气、碳氢化合物、CO等气体，采用电类传感器不但达不到要求的精度，更严重的是会引起安全事故。因此，研究和开发高性能的光纤气敏传感器，可以安全有效地实现上述检测。
(4)在环境监测、临床医学检测、食品安全检测等方面，由于其环境复杂，影响因素多，使用其它传感器达不到所需要的精度，并且易受外界因素的干扰，采用光纤传感器可以具有很强的抗干扰能力和较高的精度，可实现对上述各领域的生物量的快速、方便、准确地检测。目前，我国水源的污染情况严重，临床检验、食品安全检测手段比较落后，光纤传感器在这些领域具有极好的市场前景。
(5)医学及生物传感器。医学临床应用光纤辐射剂量计、呼吸系统气流传感系统;圆锥形微型FOS测量氧气浓度及其他生物参数;用FOS探测氢氧化物及其他化学污染物;光纤表面细胞质粒基因组共振生物传感器;生物适应FOS系统应用于海水监测、生化技术、医药。
光纤传感器在实践中运用到的例子举不胜举，这些技术都是多学科的综合，涵盖的知识面广，象光纤陀螺，火花塞光纤传感器，光纤传感复合材料，以及利用光纤传感器对植物叶绿素的研究等等；随着科技的不断进步，越来越多的光纤传感器将面世，它将被应用到生产生活的每一个角落。
4.光纤传感器的技术发展方向
光纤传感技术经过20余年的发展也已获得长足的进步，出现了很多实用性的产品，然而实际的需要是各种各样的，光纤传感技术的现状仍然远远不能满足实际需要。目前，光纤传感器技术发展的主要方向是。
(1)传感器的实用化研究。即一种光纤传感器不仅只针对一种物理量，要能够对多种物理量进行同时测量。
(2)提高分布式传感器的空间分辨率、灵敏度，降低其成本，设计复杂的传感器网络工程。注意分布式传感器的参数，即压力、温度，特别是化学参数(碳氢化合物、一些污染物、湿度、PH值等)对光纤的影响。
(3)传感器用特殊光纤材料和器件的研究。例如:增敏和去敏光纤、荧光光纤、电极化光纤的研究等。这些将是以后传感器进一步发展的趋势。
(4)在恶劣条件下(高温、高压、化学腐蚀)低成本传感器(支架、连接、安装)的开发和应用。
(5)新传感机理的研究，开拓新型光纤传感器。
参考文献
[1]肖军,王颖.光纤传感技术的研究现状与展望[J].机械管理开发,2006,6.
[2]吴洁,薛玲玲.光纤传感器的研究进展[J].激光杂志,2007,5.
[3]吴琼,吴善波,刘勇,袁长迎.新型光纤传感器的设计及其特性研究[J].仪表技术与传感器,2007,11.
[4]李文植.光纤传感器的发展及其应用综述,科技创业月刊,2006,7.
一、基于传感技术探究实验设计
在教学实践中我利用传感技术仪器进行实验能够得到很好的实验效果。分析教材、根据教学目标及学生的年龄特点合理选择利用数字化传感器材能够有效提高课堂实验效果。课堂实验探究的高效，传感技术仪器的有效使用，不仅需要分析教材，合理选材，还需要精心设计实验方案。只有通过有效的实验设计和规范的实验操作，以学生为主体性，让学生配合教师来完成实验，学生便于理解，又可增加学习兴趣，才能使实验变得简单易行，达到教学目标。以下是四上年级《运动起来会怎样》一个有关于心率传感器的实验。首先，连接手握心率传感器、界面和计算机。其次，启动LoggerPro或LoggerLite软件，最后，程序将自动识别手握心率传感器，这样就可以准备采集数据了。测量一个人在激烈活动，例如做跳跃运动前、之间和之后的心率；测量一个人在运动后的心率返回平常心率要多久。让学生在探究实践的过程中，注重体验和感悟，又便于学生对知识的接受和理解，从而也激发学生的兴趣。
二、传感技术探究实验室的组建
为了提高实验探究效率，保证实验教学的有效开展，创建探究实验室，合理利用“数字化”仪器设备是非常重要的。数据采集器和传感器的配备，主要用于采集并储存实验数据并根据探究需测定的参数。通过政府采购，我们采购到探究实验室套材，主要有湿度、音高、音量、光强、pH值、溶解氧浓度、电流、电压、氧气含量、二氧化碳含量等传感器，还可以根据需求来自行选择；同时，这些仪器的轻巧与便携还为学生进行户外探究提供了可能。计算机软件的安装将传感器插入计算机时，传感器可以精确地测量实验中获取的各种数据，并通过数据采集器传到计算机中，计算机经由配套软件将数据以表格和图像的形式呈现，并进行分析处理。
三、传感技术实验器材在拓展课程中的应用
基于激光传感器的船舶交通量观测系统,以激光传感器作为船舶数据的采集手段,实现船舶特征识别;以多激光传感器在航船舶通行检测系统为基础,采用多源数据融合和机器学习方法实现船舶特征辨识和自适应误差控制。
由于系统中选用了两台不同型号的激光传感器作为船舶特征信息的采集,它们采用的数据接口各异。因此,需选用不同的传输方式获取其数据信息。通过对三种方案的实践和比较,最终得到了合适的传输方案。
激光传感器数据的传输
1、激光传感器
激光传感器船舶交通量观测系统由数据采集子系统、数据处理子系统和辅助子系统三个部分组成。数据采集子系统中的激光传感器通过自身激光头的旋转,对物体进行短时间的线扫描,从而实现对被测物截面的二维扫描,可实时采集航道上的目标图像。数据采集子系统主要由两台激光传感器组成。
2、激光传感器数据的传输
传输方案:
传输方案:本方案为最初设计的传输方案,设计基于设备简单、造价低廉、安装方便的原则。 具体方案1号激光器采用以太网的无线传输,2号激光器由于没有网络接口,采用了通讯电缆RS422方式传输。
极限型相对于浓差型，不需要参比气，在固体电解质的阴极侧进一步设置限制气体扩散的扩散层。当在固体电解质两侧施加一电压，阴极附近的氧得到电子形成O2-，O2-通过固体电解质到达阳极被还原失去电子产生氧，在电极电路中产生可测泵电流，这相当于一个电化学氧泵。施加的电压增大，泵氧速度增大，当电压超过某一数值，气体扩散速度小于泵氧速度，泵电流达到极限值。依据扩散孔隙大小，分为普通扩散（孔径远大于分子平均自由程）和克努森（孔径远小于分子平均自由程）扩散。在扩散层参数（扩散系数、孔截面积、孔长度）固定时，普通扩散（如小孔型）的极限电流与氧分压的对数成正比；克努森扩散（如多孔型）的极限电流与氧分压成正比。极限型在理论空燃比附近以及浓燃烧（贫氧）区域产生电信号极其微弱，因此主要用于稀薄（富氧）燃烧发动机（即作为稀薄空燃比型）。极限型需要加热器使得固体电解质达到工作温度。为了调整传感器的响应时间，极限型也发展了套管式、平板式。根据扩散层类型，极限型包括物理扩散障碍型（包括小孔扩散和多孔扩散）、化学扩散障碍型（致密型）。物理扩散障碍的材料一般为Al2O3；化学扩散障碍的材料是固体电子-离子混合导体，后者是依靠混合导体两侧的氧化学势差，通过混合导体的晶格缺陷将O2-传输至氧泵电池的阴极，混合导体的材料可为钙钛矿结构的镧系过渡金属氧化物（如镧锶锰、镧锶钴、镧锶镍、铷锶钴、铷钙钴等）、稀土与过渡金属掺杂的氧化铈和氧化锆为基体的萤石与烧绿石型氧化物。另外，利用浓差电池原理和电化学氧泵原理可组成管式或板式双电池型宽域氧传感器，该型传感器可用于整个浓燃烧和稀薄燃烧范围的空燃比控制。
2氧化物半导体型
在氧化物半导体表面上形成一对电极。根据周围气氛的分压，氧化物半导体（如TiO2、Nb2O5、CeO2、CoO2、SnO2、ZnO等）自身进行氧化或还原反应，导致半导体的电阻发生变化。在温度固定时，半导体电阻的对数与氧分压的对数成正比。该型传感器需要加热器使得半导体达到工作温度，不需要参比气，按照结构分为烧结体型（片状）、薄膜型、厚膜型。
3场效应晶体管（FET）型或肖特基势垒二极管型
电极形成在FET的YSZ栅上或半导体表面的氧敏膜上。在气/铂/YSZ或气/铂/TiO2三相界面上，氧被催化为O2-，使得铂/YSZ或铂/TiO2界面的电位发生变化，进而使得FET阈值电压或二极管端电压发生变化，通过测量FET阈值电压或二极管端电压变化获得氧分压。该型传感器适用于室温到高温。
4混合电势型
1.1无线传感网络技术很受大众的喜欢与它的高科技的发展是分不开的，而且许多国家也很重视它的发展，世界各国的工业界、高科技界和学术界对无线传感网络的发展展开了猛烈的攻势，希望可以通过靠科技技术的结合实现无线传感网络技术的进步，许多国家还将无线传感网络技术列入国家的重点研究技术，而且一些周刊和杂志对无线网络的评价也很高，认为无线传感网络技术是未来引领世界计算机进步的主要技术。
1.2无线传感网络技术在我国的发展还很缓慢，这主要是由于无线传感网络技术在我国出现的时间比较晚，无线传感网络技术在我国的研究方案中还处在初级阶段，与西方一些发达国家相比，存在严重的滞后性，我国在无线传感网络技术上的研究主要局限在仿真计算和网络协议等，在人们的生活和军事中的应用还很少，而且无线网络现在已经可以用来作环境监测，我国却没有将无线传感网络技术应用到实处。
1.3目前，中国的未来技术研究方向中有几项是专门针对无线传感网络技术进行直接论述的，而且在一些重大会议的决策里面，也将无线传感网络技术列为三大前沿信息技术，无线传感网络技术中的自发组织网络技术和智能感知技术都成为中国重点信息技术研究，无线传感网络技术在我国如此重视的情况下一定会有所成就，无线传感网络技术也成为社会信息技术发展的必然，在我国，信息技术领域广泛地被应用已经成为不争的事实，对人们的生活、工作和社会的发展带来很深刻的影响。
2无线传感网络技术的应用发展
2.1无线传感网络技术在环境监测方面的应用和发展现代社会，人类的生活水平在逐渐的提高，人们对于环境的探讨也越来越重视，环境方面的应用科学也越来越多，传统的环境探索的模式已经不能满足人们对环境探索强烈的欲望，而且关于环境的采集数据的难度也越来越大。无线传感网络技术的出现及时地解决了环境探索方面的难关，无线传感网络技术对户外的野生动物的跟踪、发现和保护做出了巨大的贡献，通过无线传感网络技术，人们能够对各种野生动物的生存成长环境做监测，比如说动物生存环境的气象、洪涝灾害、地球的物理环境、环境的污染状况、大气的监测等等，根据监测的结果采取必要的保护措施和改善措施。
2.2无线传感网络技术在军事领域的应用和发展无线传感网络技术起于军事领域，无线传感网络技术在军事上的应用是它能够在国家的边疆上站岗放哨做警卫，将无线传感网络器安置在国家的边疆防线上，士兵可以直接通过无线传感网络技术对国家边疆进行防御，接受来自不同方向的信息并及时果断地做出相应的措施。无线传感器在军事上的另外一个应用就是可以对目标进行定位，以及时地防范敌军的可能的侵袭和进攻，还可以通过无线传感技术对无人驾驶的车辆进行摆布，战争结束后，无线传感网络还能对战场的破坏性和环境污染程度进行监测并且评估。
2.3无线传感网络技术在家庭生活中的应用和发展无线传感网络技术最贴近人的生活的应用就是在家庭生活中的应用，无线传感网络器可以为人民的生活提供很多方便，并且能够使人们的生活环境更舒适，无线传感网络技术为人们的生活提供比较人性化智能家居，比如说像冰箱、真空吸尘器、录像机和微波炉等，这样用户就可以在远处遥控这些家用产品，而且还能通过无线传感技术在家里的主要房间安装监测器，以便随时控制家里的安全。
2.4无线传感网络技术在医疗卫生行业的应用和发展无线传感网络技术在健康护理人的方面的应用主要是用来对患者和医生的行为进行监测，人的身体里面有很多我们并不知道的生理和心理数据，将无线传感网络技术安装在病人的身上就可以随时观察病人的病情，并得到及时的救治，无线网络传感技术在不久的将来会更加的方便，用途也会更加的多，还能实现医疗的远程遥控。
3结束语
现在在各个领域当中都普遍的运用到了传感器技术，集成化方向已经成为机电系统当中的传感器技术的发展趋势，集成化传感器具有较强的稳定性、较轻的重量、较小的体积以及较高的可靠性等特点，同时还具有较低的生产成本，非常容易实现批量生产，因此具有非常广阔的发展前景。
2传感器技术在机电技术当中的应用
由于传感器的电磁兼容性能比较强，因此具有较高的数据存储技术可行性，同时还不容易丢失其中的模块参数。智能滤波算法以及A/D转换技术等先进的技术都在传感器当中得到了应用，就算是满量程的时候，传感器仍然可以使稳定的输出码得到保证。传感器的通讯接口属于标准的接口，其能够与计算机进行直接的连接，同时也可以连接标准的工业控制总线，具有十分灵活的使用方式。
2.1在机器人中传感器技术的应用
作为典型的仿生装置，机器人对传感器技术进行了充分的应用。通过将感知到的物理量向电量进行转化，机器人就可以实现信息输出，在这个过程中对机器人传感技术进行了充分的利用，其中包括两方面的内容，也就是外部传感器以及内部传感器。外部传感器需要通过检测外部信息，从而对工作环境进行判别，为机器人提供必要的信息，使之能够对操作对象进行准确的控制。而实施系统的控制是内部传感器的主要功能，其能够对机器人的状态进行有效的检测，保证机器人在工作的过程中能够按照要求来进行。内部传感器可以将具有价值的信息提供给外部传感器，从而能够使机器人对外部的环境产生有效的感知，并且将相应的动作做出。与此同时，在科技生产的过程中，还可以利用对机器人的操作从而能够对反馈的意见进行获取。
2.2在机械制造行业中传感器技术的应用
由于在机械制造行业当中需要实施包括加工精度等在内的动态特性测量，因此要利用传感器针对机械阻抗以及振动等相关部件当中的参数进行测量，从而对其动态特性进行检验。如果需要在线监测与控制超精加工中的零件尺寸的时候，就要利用传感器将相关的信息提供出来。比如利用传感器针对数控车床中车刀的位置进行检测；由于工件的表面精度以及尺寸在很大程度上都会受到刀尖形状的影响，可以采用在车刀上放置的振动传感器对其锋锐的程度进行检验。还可以利用液面传感器针对液压系统中的油量以及车床中的油进行监测。
2.3在环境当中传感技术的应用
传感器网络在环境监测当中通常具有一系列的优点，其中包括无需专人现场维护、可以长期不用对电池进行更换、具有十分简单的布置等。可以利用对节点进行密集的布置，从而对微观的环境因素进行观察。在环境监测领域当中对传感器网络具有非常广泛的应用，其中包括微观观测生物群落、森林火灾报警、观察气象现象、观测海岛鸟类的生活规律等。
2.4在火灾报警当中传感器技术的应用
防灾报警装置是现代建筑必须要具备的，其中最为关键的就是火灾报警系统。在发生火灾的时候一般都会出现有害气体、高温、火光以及烟雾等。如果将传感器运用到火灾报警系统当中，就可以对异常的信号进行转化，使之变成容易进行传送的形式，然后就可以利用消防网络向指挥中心提供火灾地点的报告。
3结语
传感器是一种检测装置，其测量对象是被检测系统的信息，然后将其以不同的形式进行传输、处理和管理等工作，从而能够实现对被检测系统信息数据的自动测量和控制。简单来说，传感器的作用就是类似于人的感觉器官，帮助机电一体化系统探索和发现系统当中存在的问题。因此，将传感器技术应用于检测机电一体化系统的操作对象以及运行环境状态，能够精确、快速的获取机电一体化系统的运作信息，有效地提高了机电一体化系统的运行水平。目前，传感器技术已经被广泛用于人们的生活和生产当中，引起了人们的高度重视。但是与此同时，由于传感器技术在我国的起步较晚，在发展过程中仍然存在着一些局限性，因此为了提高传感器技术的精确度，还需要对其进行进一步的改进与完善。
2传感器技术在机电一体化中的应用价值
机电一体化技术包含机械制造技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术以及人工智能技术等多方面内容，在发展过程中直接导致了自动化技术的产生。而从某种程度上说，传感器技术是机电一体化发展过程中不可缺少的关键技术，影响着机电一体化系统的自动化程度，具有非常重要的应用价值。
2.1传感器技术在机械加工过程中的应用
众所周知，在机械加工的过程中，需要检测的地方有很多，下面将从两个个方面进行简要介绍：第一，将传感器技术应用于机械的切削过程和机床运行过程。现阶段，在切削方面，传感器技术主要是对切削过程中的机械设备切削力的变化状态进行控制，通过分析这个过程当中的相关数据，从而实现对设备运行状态的了解，保证切削过程的顺利进行，提高切削过程的生产效率，以及降低材料的消耗量。将传感器技术应用到机床的运行当中，主要是为了对机床的驱动系统、温度进行检测，从而保证机床运行的安全性，通过分析得到的相应参数，从而不断提高机床的运行效率和精度。第二，将传感器技术应用到工件的生产过程。与切削和机床的运行过程相比，工件的生产过程监视是非常重要，而且研究和应用也是最早、最多的。首先，在加工之前需要对所用的加工设备和坯件进行自动检查，从而保证加工过程的正常进行，比如说自动判断和调整坯件的夹持方位等；其次，在加工过程中，也有严格的要求，对切削的剫、力度、扭矩等参数都需要进行自动检测，以保证加工条件处于最佳状态，除此之外，对于在这个过程中加入传感技术的其他目的还在于提高切削过程的生产效率；最后，在加工完成之后还需要对工件的合格与否进行测量，例如工件的尺寸、粗糙程度、形状等，由于检查的过程比较繁琐和复杂，所以这些检测需要能够自动的进行，并且可以将检测结果直接输入到下一道程序，从而选用合格的产品。
2.2传感器技术在汽车行业中的应用
近年来，随着传感器技术在汽车行业中的广泛应用，现代汽车不断朝着智能化、小型化和电子化发展，进入了全新时期。目前，在汽车的制造过程中，为了实现汽车的机电一体化，需要用自动控制系统来代替传统的机械式控制装置，将先进的监测和控制技术扩大到汽车的全身，从而全面改善汽车的功能，不断增加汽车的人性化服务、减少排气污染和汽油损耗、提高汽车的安全驾驶和舒适性。比如说，在实现汽车的一体化过程中，凡是和电子控制有关的系统或是装置都离不开传感器的应用，尤其是在安全报警装置、信息装置和自动变速器等装置当中，所以这也要求传感器能够适应恶劣的环境，无论是尘土弥漫还是风雨交加的时候，都能够保证具有很好的密封性，与此同时还应该具备一定的抗干扰能力，尤其是安装在汽车发动机内的传感器，需要能够承受得住发动机在工作时的高温和高压环境。
3我国传感器技术在机电一体化中的发展现状和未来方向
