光电技术检测发展和应用
光电技术的应用及发展
光电技术的应用及发展篇一：《光电技术的应用及发展》我和朋友小李最近打算一起去看一场电影。
我们来到电影院，走进那昏暗的放映厅，一屁股坐在柔软的座位上。
小李兴奋地指着大屏幕说：“你看，这画面多清晰啊，就像真的一样。
”我点点头，心想这背后可少不了光电技术的功劳呢。
你看啊，电影放映机里射出的那一束束光线，就像是神奇的魔法棒。
电影胶片或者数字信号通过光电转换，把图像信息变成光信号投射到屏幕上。
那些光信号就像一个个听话的小士兵，按照既定的规则排列组合，就构成了我们看到的精彩画面。
这就是光电技术在电影院里最直观的应用啦。
从电影院出来，我们走在大街上，看到那些五颜六色的霓虹灯招牌。
小李好奇地问我：“你说这些灯怎么能这么亮，还能有这么多颜色呢？”我笑着说：“这也是光电技术的本事啊。
”这些霓虹灯里充满了气体，通过电流激发，气体原子中的电子发生跃迁，当它们回到原来的状态时，就会释放出特定波长的光，不同的气体就对应着不同颜色的光。
这就像一场微观世界里的小舞蹈，电子们跳着跳着就给我们带来了绚丽的色彩。
再看看我们的手机吧。
小李拿出手机玩起了游戏，我对他说：“你知道吗，你这手机屏幕也是光电技术的成果。
”现在的手机屏幕都是液晶显示屏或者OLED显示屏。
液晶显示屏通过液晶分子对光的调制来显示图像，而OLED则是有机发光二极管自己发光来显示图像。
这就好比是一个小小的舞台，要么是液晶分子在导演光的表演，要么是OLED这个小演员自己发光来演出，最终都是为了在手机这个小屏幕上给我们展示出各种有用的信息。
不仅如此，在我们的日常生活中，光电技术还广泛应用于太阳能发电。
想象一下，那些安装在屋顶或者空旷草地上的太阳能电池板，就像一个个安静的小太阳捕捉器。
它们默默地把太阳光转化为电能，就像是把天上掉下来的“光金子”收集起来。
这些电能可以为我们的家庭照明、电器使用提供能量，多环保、多神奇啊。
光电技术的发展更是日新月异。
以前的光电设备又大又笨，就像一个大铁块似的。
光电技术的研究与应用
光电技术的研究与应用光电技术是将电磁波与电子学结合的一种新型技术，它可以将光信号转化为电信号以及将电信号转化为光信号。
这种技术的研究和应用，已逐渐渗透到我们的生活中，并被广泛应用于通信、光伏、医疗、安防等领域，极大地改变了我们的生活方式，也进一步促进了人类社会的发展。
通信领域在通信领域，光电技术已被广泛应用于光纤通信系统。
这种光纤通信系统是利用光纤传递信号，传输带宽大、信噪比高、抗干扰性强。
光电技术在光纤通信系统中的应用包括：激光器、光电探测器、光放大器、光波多分复用（WDM）技术等。
激光器是光纤通信系统的重要光源，其高单色性和窄谱线宽特征，保证了在光纤传输中，光信号的准确传输。
光电探测器是将光信号转化为电信号的重要器件，其敏感度决定了信号的检测能力。
光放大器是光纤通信系统中的重要器件之一，可以对信号进行放大，以保障信号传输的质量和距离。
光波多分复用技术是利用光学相位差，在不增加带宽的情况下，实现了大量信号的传输。
光电技术的应用，大大提高了光纤通信系统的传输速度、传输质量和稳定性，使得信息传输更加高效和可靠。
光伏领域在光伏领域，光电技术主要应用于太阳能光电转换器件的研究和制造。
太阳能光电转换技术是将太阳能转化为电能的一种技术，它的核心便是制造光伏电池。
光伏电池是利用半导体光伏效应来转换太阳能为电能的器件。
光电技术在光伏电池的研究和制造中应用尤为广泛，主要包括多晶硅、单晶硅、非晶硅和锗等材料的开发和制造。
目前，光伏电池已成为了一种可持续性的清洁能源，极大地减少了对化石能源的依赖。
医疗领域在医疗领域，光电技术主要应用于医疗器械的研发和制造。
其中，激光医学技术是目前应用较为广泛的光电技术。
激光医学技术主要是利用激光的能量引起人体组织变化，对于某些需要进行切割和治疗的组织，激光可以通过其高能量、高密度的低剂量的照射方式，对这部分组织产生热作用、区域凝固作用和放射作用，进而实现对病魔的治疗。
激光医学技术已被广泛应用于皮肤科、眼科、口腔科、普外科、神经外科等医疗领域，极大地拓展了医疗手段，降低了传统手术的风险，提高了医疗效果和治疗成功率。
光电信息技术的发展与应用
光电信息技术的发展与应用第一章：光电信息技术的概述光电信息技术是一门集光学、电子、计算机、通信等多学科知识于一身的高科技领域，其核心理论是基于半导体材料的光电子技术。
随着电子信息技术的进步和计算能力的提升，光电信息技术逐渐成为了信息技术的新焦点。
它广泛应用于通信、医疗、生物、材料等领域，受到了全球范围内的高度关注。
第二章：光电信息技术的发展历程20世纪初，人们开始研究光电效应，创建了光电子学这门学科，为光电信息技术奠定了基础。
20世纪60年代，光纤通信技术的出现使得光电信息技术得以实现长距离的信息传输，同时半导体发光器件的发明也为光纤通信技术提供了重要的基础。
80年代初，人们发明了有源光纤放大器，使得光纤通信技术得以取代传统的电缆传输技术。
此后，光电信息技术不断发展，出现了新型的光电器件，如光电探测器、光纤光栅等，进一步推动了光电信息技术的发展。
第三章：光电信息技术的应用1. 光通信光通信作为光电信息技术的重要应用，已经成为现代通信领域的主流技术。
光通信具有传输速度快、信号干扰小、抗噪声干扰性能强等优点，广泛应用于电话、电视、互联网等领域，极大提高了信息传输速度和可靠性。
2. 光储存光电存储是光电信息技术应用中的又一领域。
它以光敏材料为媒介，采用激光或光电银盐技术，实现了激光、照相、银盐等传统影像技术数字化、网络化的转型，有效提高了图像存储和传输的效率。
3. 生物医学光电信息技术在生物医学领域的应用日益广泛。
利用激光技术对细胞或组织进行检测、治疗和修复，可大大提高治疗效果，同时也减少了手术的创伤和疼痛。
此外，光电信息技术还可用于体积成像、结构成像、功能性成像等方面，帮助医生更加准确地进行疾病诊断和治疗。
4. 太阳能光伏产业光电信息技术在太阳能光伏产业中的应用也十分广泛。
半导体材料的光伏效应可转换太阳能为电能，促进了太阳能光伏产业的发展。
光伏电池技术的不断创新和发展也为太阳能光伏产业的应用提供了更加广泛的可能性。
光学与光电技术的应用与发展
光学与光电技术的应用与发展随着时代的发展，科技不断进步，光学与光电技术也越来越受到重视，其应用范围也越来越广泛。
本文将从光学与光电技术的基础知识、应用领域和发展趋势三个方面进行探讨。
一、光学与光电技术的基础知识光学是研究光的本性、特性以及光与物质相互作用的学科，是物理学的分支之一。
而光电技术则是应用光学原理和电子学知识研制出的一种技术手段，可将光信号转化为电信号，然后进行传输、处理和应用。
光学和光电技术是相辅相成的，互为基础。
光学的基础在于光的波动性、粒子性和电磁性，光电技术的基础在于光的吸收、反射、折射和透射等性质。
二、光学与光电技术的应用领域1. 医疗在医疗领域中，光学和光电技术的应用尤为广泛。
其中，激光治疗是一种重要的应用方式，可以用于眼科手术、皮肤整形、神经外科等多个领域。
2. 通信在信息传输中，光纤通信已成为主要的传输方式。
光纤通信的优势在于传输速度快、信号损失小、距离远等诸多优点。
3. 汽车工业光学与光电技术在汽车工业中的应用也很广泛。
例如，在汽车设计中，激光扫描仪可以用于测量汽车外形尺寸，以便制定设计方案。
4. 安全监控安全监控领域中，光学与光电技术可以用于视频监控、智能楼宇、道路监控等。
5. 航空在航空航天领域中，光学和光电技术也可以应用于飞机的材料检测、航空器的精细制造、飞行器的空气动力学实验等多个方面。
三、光学与光电技术的发展趋势1. 产业化趋势随着光学与光电技术的不断发展，其应用范围与市场需求也不断扩大，相关产业已经进入了快速发展的阶段。
光纤通信、光电子显示器件等领域的产品已经开始规模化生产，相关企业也在不断壮大。
2. 全球化趋势随着国际合作的增加和信息交流的便捷，光学与光电技术已经成为全球性的学科。
在这个时代，国际合作将成为促进光学与光电技术发展的重要渠道。
3. 多样化趋势随着科技的不断发展，光学与光电技术的应用范围将不断扩大，相应的技术也将变得更加多样化。
未来，随着生物医学领域、空间探测技术等领域的不断发展，光学与光电技术的应用也将得到相应的拓展。
光电探测技术在军事中的应用
光电探测技术在军事中的应用一、光电探测技术简介光电探测技术是利用光电传感器将光信号转换为电信号，以达到观察、控制和测量的目的。
光电探测技术的应用相当广泛，包括军事领域、医疗领域、工业领域等。
其中，军事领域是光电探测技术的主要应用领域之一。
二、光电探测技术在军事中的应用1.夜视仪夜视仪是利用光电探测技术的一种重要装备，它可以将红外线、紫外线、可见光等不同波长的光信号转换为电信号，并将其放大。
夜视仪的作用极大地提高了士兵在夜间作战的能力，使得士兵可以在夜间具备与白天相似的观察和作战能力。
2.火控系统火控系统是指用于瞄准和射击的系统。
光电探测技术可以用于火控系统中，以提高火炮的精度和射击速度。
利用光电探测技术可以制作出高精度的瞄准器、测距仪和火控计算机，以实现快速瞄准和精确射击。
3.无人机无人机是近几年来军事领域中兴起的新型武器。
光电探测技术可以用于无人机中，以提高其观察和打击能力。
利用光电探测技术可以制作出高精度的红外、激光和可见光探测器，以实现对目标的准确定位和精确打击。
4.电子对抗设备电子对抗设备是指用于干扰敌方通信、雷达和导航等设备的系统。
光电探测技术可以用于电子对抗设备中，以实现对敌方光电设备的干扰。
利用光电探测技术可以制作出高精度的干扰设备和电子反制系统，以实现对敌方光电设备的干扰和破坏。
三、光电探测技术在军事中的优势1.高灵敏度光电探测技术可以实现对微弱光信号的探测和转换，具有极高的灵敏度。
这种高灵敏度使得光电探测技术可以实现对敌方在黑暗中潜伏的目标的探测和定位，提高作战效果。
2.高精度光电探测技术可以实现对光信号的高精度探测和转换，使得其制作出的装备具有高精度的观察、瞄准和打击能力。
这种高精度可以使得士兵在敌方火力覆盖范围内也能够准确打击目标，提高作战效果。
3.多功能性光电探测技术可以实现对不同波长光信号的探测和转换，使得其制作出的装备具有多种不同的功能。
例如，夜视仪可以实现对不同波长的光信号的观察和转换，而火控系统可以实现对不同波长的光信号的瞄准和打击。
光电行业技术创新与应用
光电行业技术创新与应用光电技术指的是以光（电磁波）为信息载体的技术，包括了光学、光电子、电磁波技术、光通信、光纤通信等综合应用于光学和电子学的技术。
随着科技的不断发展和技术的日新月异，光电行业也在不断的技术创新和应用，为人们的生活和工作带来了极大的改变和福利。
一、光电传感技术的创新与应用光电传感技术是一种将光学和电子技术相结合的技术，可以通过光电信号来感应和测量物理量。
随着物联网、智能家居等技术的发展，光电传感技术逐渐走入人们的生活。
人们使用的大部分传感器都是基于光电原理设计的。
例如，智能家居中的温度、湿度、气体检测器、门窗传感器、烟雾警报器等都需要使用光电传感技术。
另外，生产工业也需要用到光电传感器，比如测量流体的流量、电机的转速等。
此外，生活中还有一些比较小众但十分有用的应用，例如救援工作。
警察、消防员等需要在夜间照明不好的地方进行救援工作，使用便携式激光探测器可以通过检测物体的位置和距离提高救援的效率。
二、光电显示技术的创新与应用随着智能手机、平板电脑等智能终端的普及，光电显示技术也在不断的创新和发展。
常见的光电显示技术包括有机发光二极管（OLED）、等离子体显示器（PDP）、液晶显示器（LCD）等。
OLED是一种绿色的显示技术，比LCD更节能、更轻薄，广泛应用于智能手机、平板电脑、电视等电子产品，而PDP由于其高对比度和明亮的色彩而被广泛应用于家庭影院等高端显示设备。
此外，光电显示技术还应用于汽车行业。
汽车中的仪表盘、导航系统、后视镜显示器等都需要使用到光电显示技术。
新型汽车的无人驾驶技术也将使用到高要求的光电显示技术。
三、光电通信技术的创新与应用随着科技的不断发展和网络的普遍使用，光电通信技术也变得越来越重要。
在现代社会中，高速的光电通信系统成为了不可或缺的技术，光纤通信也成为了信息交流中最重要的工具之一。
光电通信技术还可以应用于卫星通信领域。
在人们日常生活中使用电视、互联网等信息交流设备时，往往需要通过卫星传输信息。
现代光电信息技术的发展及应用
现代光电信息技术的发展及应用一、发展历程：光电信息技术的发展可以追溯到19世纪的光电效应研究。
当时，科学家们发现当光照射到一些物质上时，会释放出电子。
这就是光电效应，被认为是光电信息技术的基础。
20世纪，光电信息技术得到了进一步的发展。
1928年，美国科学家鲁宾斯坦利用光电效应制造出了第一个光电管，开创了光电信息技术的先河。
此后，光电技术不断发展。
1947年，随着第一个晶体管的诞生，光电信息技术得到了革命性的发展。
1956年，美国科学家凯洛格利用光电导纸制造出了第一个光电传感器，标志着光电信息技术在传感器领域的应用开始。
21世纪，随着半导体和光学技术的快速发展，光电信息技术得到了广泛的应用。
光纤通信、光存储、激光技术等成为了现代光电信息技术的重要组成部分。
二、应用领域：1.光纤通信：光纤通信是光电信息技术最重要的应用领域之一、相比传统的铜线传输，光纤通信具有带宽大、传输速度快、抗干扰性强等优点。
光纤通信已经成为现代通信领域的主要传输方式。
2.光存储：光存储是利用光学技术对信息进行存储和读取的技术。
光存储设备包括CD、DVD等。
光存储具有信息密度高、存储时间长等优点。
3.光电传感器：光电传感器是光电信息技术在传感器领域的应用。
光电传感器具有灵敏度高、响应速度快等特点，广泛应用于自动化控制、光学测量等领域。
4.光电导技术：光电导技术是利用光电效应将光信号转换为电信号的技术。
在军事、医疗、工业等领域都有广泛应用。
5.激光技术：激光技术是将光电信息技术与激光技术相结合的产物。
激光技术具有一束光束能量密度高、方向性好等特点，广泛应用于制备、检测、医疗等领域。
三、发展前景：随着光电信息技术的发展，人们对于更高速、更高清晰度的需求也不断提升。
未来，光电信息技术将在更多的领域得到应用。
例如，光电芯片、光电传感器的研发将推动虚拟现实、增强现实技术的发展。
光纤通信将进一步实现高速率、长距离传输。
光存储技术将实现更大容量的存储设备。
光电检测技术应用实例
光电检测技术应用实例概述光电检测技术是一种利用光电元件对活动目标进行检测和测量的技术。
它通过感知目标对光线的影响，如反射、散射、吸收和透射等，来实现对目标属性的检测和测量。
光电检测技术广泛应用于各个领域，如工业自动化、安全监控、机器人导航等。
本文将介绍光电检测技术在工业自动化领域的应用实例。
应用实例一：物体计数在生产线上，往往需要对通过的物体进行计数，以实现对产量的监控和控制。
传统的机械计数器容易出现误差和故障，并且无法适应高速生产线的需求。
光电检测技术则提供了一种高精度、高效率的物体计数方法。
一种常见的光电检测技术应用实例是利用红外传感器对通过的物体进行计数。
红外传感器可以发射一束红外光并接收反射回来的光信号，当物体经过时，会阻挡光线并使传感器接收到的光信号发生变化。
通过对光信号进行处理和分析，就可以实现对物体的计数。
这种光电计数系统具有高稳定性和高精确度的特点，可以适应高速运动的物体计数需求。
而且它还可以对物体的尺寸、形状等属性进行检测和分析，从而实现更精细化的控制。
因此，在工业生产线上广泛应用了这种光电计数系统，提高了生产效率和产品质量。
应用实例二：位置检测在机器人导航、自动化仓储系统等领域，常常需要对物体的位置进行准确定位和跟踪。
光电检测技术可以实现对物体位置的精确检测，从而提供定位和导航的基础。
一种常见的光电检测技术应用实例是利用激光测距传感器进行位置检测。
激光测距传感器可以利用发射激光束并接收被测物体反射的激光束，通过测量激光信号的时间延迟，就可以计算出物体与传感器的距离。
通过在不同位置安装多个激光测距传感器，可以实现对多个物体位置的同时检测。
通过对多个位置信息的综合分析，可以实现对物体的精确定位和跟踪。
这种光电检测技术在机器人导航、无人驾驶等领域发挥了重要作用，为智能系统提供了精确的定位和导航功能。
应用实例三：质量检测光电检测技术还可以应用于产品质量检测和缺陷识别。
通过对光学特性的检测和分析，可以实现对产品表面的缺陷、异物等问题的及时发现和处理，提高产品质量和工作效率。
光电信息技术的应用与发展
光电信息技术的应用与发展随着科技的不断发展，人们对信息的需求不断增加，而光电信息技术正是满足这一需求的重要手段之一。
它具有速度快、容量大、传输距离远、抗干扰能力强等优点，在广泛的领域得到越来越广泛的应用。
本文将从几个方面介绍光电信息技术的应用与发展。
一、光纤通信光纤通信是光电信息技术最早、也是最成功的一个应用领域。
光纤通信是一种基于光纤进行信号传输的通信方式。
相比传统的以铜线或电磁波为媒介的传输方式，它具有更高的带宽、更远的传输距离和更大的抗干扰能力。
现如今，光纤通信已成为人们通信方式的主流，并在互联网、电信行业有着广泛的应用。
二、激光加工激光加工是一种通过激光对材料进行切割、焊接、雕刻、打孔等功能的技术。
相比传统的机械加工方式，激光加工具有更高的精度、更快的速度和更少的热影响区域。
激光加工可以用于制造微小的零件、精细的图案等，因此在手机、电脑、汽车等领域有着广泛的应用。
三、光学仪器光学仪器是利用光电子技术研制的测量、检测、观察等设备。
它包括光谱仪、显微镜、望远镜、太阳能电池等等。
使用光学仪器进行测量，可以获得更加精准的数据，并且往往非常适合微小结构的材料表征。
光学仪器的应用领域非常广泛，在飞行器、医疗、地质勘探等领域都有着重要的应用。
四、显示技术显示技术是指利用光电信息技术将图像或文字等信息通过显示屏等载体展示出来的技术。
随着科技的不断发展，显示技术也不断更新，从单色、黑白到彩色、高清，不断逼近真实世界的展示效果，人们对其的需求也越来越高。
现如今，我们周围的各种设备，如电视、手机、电脑等都是显示技术的重要应用领域。
五、光电传感技术光电传感技术是指将激光、光电探测器、信号处理器等结合在一起，对环境中的一些物理量或化学量进行测量、探测的技术。
光电传感技术具有的优点包括精度高、干扰少、反应快等，因此在环境监测、化工、医疗等领域得到了广泛的应用。
光电信息技术的应用领域非常广泛，而随着科技的不断发展和经济的不断增长，光电信息技术未来的应用前景也非常广阔。
光电检测技术论文
光电检测技术的特点、应用现状及发展前景【摘要】光电检测技术是光电信息技术的主要技术之一，是利用光电传感器实现各类检测，即将被测量转换成光通量，再将光通量转换成电量。
随着现代科学技术以及复杂自动控制系统和信息处理技术的提高，它以测量精度高、速度快、非接触、频宽与信息容量极大、信息效率极高及自动化程度高等突出特点发展十分迅速，应用现状非常好，并且有着很好的发展前景。
【关键词】光电检测，光电传感器，特点，应用现状，发展前景引言：随着现代科学技术以及复杂自动控制系统和信息处理与技术的提高，光电检测技术作为一门研究光与物质相互作用发展起来的新兴学科，已成为现代信息科学的一个极为重要的组成部分。
光电检测技术具有测量精度高、速度快、非接触、频宽与信息容量极大、信息效率极高、以及自动化程度高等突出特点，令其发展十分迅速，并推动着信息科学技术的发展。
它将光学技术与现代电子技术相结合，广泛应用于工业、农业、家庭、医学、军事和空间科学技术等领域。
本文从光电检测技术本身特点出发，简述它在工业、资源、环境测温等领域的应用现状及其发展前景。
1，光电检测技术1.1光电检测技术的原理光电检测系统的工作原理图如下图所示：光电检测系统原理图1.2光电检测技术的特点光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的检测，具有如下特点：①高精度。
光电检测的精度是各种检测技术中精度最高的一种，如用激光干涉法检测长度的精度可达0.05um/m;光栅莫尔条纹法测角可达0.04"；用激光测距法测量地球与月球之间距离的分辨率可达1m。
②高速度。
光电检测以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，无疑用光学的方法获取和传递信息是最快的。
③远距离、大量程。
光是最便于远距离传播的介质，尤其适用于遥控和遥测，如武器制导、光电跟踪、电视遥测等。
④非接触检测。
光照到被测物体上可以认为是没有测量力的，因此也无摩擦，可以实现动态测量，是各种检测方法中效率最高的一种。
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光电技术发展和应用
分布式光纤传感器
二〇一五年七月
学 生 姓 名
专 业
学 号
学 院 光电工程学院
分布式光纤传感器的研究现状和发展趋势
一、现状
自从20世纪80年代中期英国开发出分布式光纤拉曼温度传感器以来，该项
技术在全世界引起了广泛的关注经过近30年的发展!由该项技术形成的产品已
经广泛应用于大型建筑、交通运输、隧道、堤坝、电力工程、石油化工、煤矿工
程等诸多领域，组成新型分布式光纤拉曼传感网，成为工业在线监控和温度检测
火灾防治的重要手段。
光纤传感器分为非功能型和功能型两大类,功能型光纤传感器集传感与信号
传输于一体,容易构成分布式传感测量。分布式光纤测温系统只需要一根传感光
纤,布线非常简单,且系统成本随着传感距离的增加大幅降低,是目前一种发展前
景非常好的测温系统。
随着工程应用的逐步推广，对分布式光纤拉曼温度传感器本身的要求也在不
断提高，原有系统的性能参数已经不能满足许多工程应用的需求。因此，研究具
有更长的传感距离、更快的响应速度、更高的测温精度和更高空间分辨
率的超远程分布式光纤拉曼温度传感器系统十分必要。
二、分布式光纤测温原理与研究现状
一束光注入到光纤中会产生三种不同频移的散射光，瑞利散射、布里渊散射
和拉曼散射，光纤中三种散射光的频谱如下图所示。光纤中的瑞利散射是一种弹
性光散射，散射光波长等于入射光波长，无频率变化。利用瑞利散射和光时域反
射原理设计的光时域反射计（OTDR仪）可以用于光纤参数的测试:光纤中的布里
渊散射的本质是入射光与声学声子相互作用的非弹性散射,布里渊散射的光谱频
移是11GHz，根据光纤布里渊散射研制的光纤应变传感器已经开始应用于实际工
程项目，光纤拉曼散射是入射光与光纤自身的光学声子相互作用、或吸收声子转
换为频率较高的散射光，或发射声子转化为频率较低的散射光。
2.1、光纤中的散射光
发射光入射后,从光纤返回的散射光有三种成分,其波长-光强坐标上的分布
示意如图1所示。
(1)瑞利散射
(2)拉曼散射
(3)布里渊散射
这种散射现象,量子物理学的解释是:当光纤中传送某一波长的入射激光时,传播
的光子与构成光纤的分子间的相互作用。也就是说,传播的光子与振动的分子间
发生能量的转移与传递,若两者间发生的是弹性碰撞,则产生瑞利散射；否则产生
拉曼散射和布里渊散射。
2.2解调技术
目前分布式光纤测量系统应用的信号分析技术主要有两种:光时域反射技
(OTDR)和光频域反射技术(OFDR)。
OTDR技术由Barnoski1977年发明,其原理是将一束较高功率的激光窄脉冲
入射到光纤中,记录散射回来的光强-时间曲线,解调出分布光纤上的物理量分
布。同时,也可确定光纤缺陷、断裂及光纤长度等指标,所以又称光纤雷达。
OFDR技术最初由美国NASA的兰勒研究中心开发,现广泛应用于传感器信号
分析领域。其基本原理是在光纤一端接收光纤中的携温信号光,在频域中进行分
析,解调出相应的物理量。
在分布式光纤温度测量中,无论时域还是频域,信号的解调都采用参比光与
携温信号光对比解调的方式。由于参比光与温度信号无关,通过这种对比解调的
方式,能消除激光光源和测温光纤自身变动所带来的影响,提高了系统稳定性和
可靠性。
三、基于瑞利散射的分布式光纤测温系统
假定光纤性质均一,且忽略吸收,温度的变化会引起瑞利散射系数的变化,进
而反映到散射光强的变化,通过在光纤一端解调光强-时间信息来测定整条光纤
的温度梯度。瑞利型分布式光纤温度传感器就是利用上述原理进行测温的。
理论分析和实验证实:玻璃(光纤的主要成分)中的瑞利散射温度灵敏度极其
微弱；但是,某些液体中的温度灵敏度却大幅增强。1983年,Hartog演示了第一
个使用液芯光纤的分布式测温系统。
由于这种液芯光纤系统的固有问题,液芯光纤分布式测温系统的研究和应用
受到严重限制。
四、基于拉曼散射的分布式光纤测温系统
4.1、基于时域分析的拉曼测温系统
典型的测温系统,如图3(a)所示。高能量的激光经过耦合器入射到置于待测
温度场的传感光纤中,将产生的拉曼散射经分光器分成参比光和携带温度信号的
反斯托克斯光,两路光经过检测器进入到计算机。通过对比解调得出光纤分布沿
线的温度梯度。
信号解调过程中,参比光经历了从斯托克斯散射光到瑞利散射光的过程。传
统参比光为斯托克斯光,但由于两路光都很微弱,导致信号处理时间长；张在宣
1998年提出将瑞利散射光作为系统参比光,得到了±1℃的测温精度。但新的参
比光所带来的问题是两路光的光强相差2～3个数量级,系统的制作和校正困难。
目前已研制出测温距离达30km,其空间分辨率为3m、温度分辨率为0.1℃、测温
不确定度为±1℃、测温范围为0～100℃的拉曼测温系统。
4.2、基于频域的拉曼测温系统
这种测温方法在1999年由Hangranim和Gogollat提出,用网络分析仪分析
频率信号,确定光纤的复基带传输函数来进行温度的分布式测量,较ROTDR有很
好的位置分辨率,理论上能达到毫米级。其典型的系统原理如图3(a)所示。
经电光调制器调制的激光,以连续不同的频率进行正弦强度调制后,再经过
1∶99分束器分离出1%的信号进入到计算机做参比信号;其余入射到传感光纤,
光纤中产生的散射光经滤光器、分光器分成参比光和反斯托克斯光,光电转换后
进入到计算机,对比解调出温度梯度信号。拉曼散射信号微弱,带来信号处理时间
较长的问题,2006年张在宣等利用放大的自发拉曼散射原理,从增强传感信号强
度的角度,为分布式光纤测温系统提供了新的思路。
目前,此系统在参比光为反斯托克斯散射光的情况下,在10km探测长度下得
到了0.69K的测温精度。
五、基于布里渊散射的分布式光纤测温系统
目前利用OTDR技术和布里渊散射原理的分布式测温,主要有两种式:BOTDR
布里渊时域反射计法和BOTDR布里渊时域分析技术。前者是利用自发布里渊散射,
突出优点是单端实现测量,参见图3(a),检测方法有直接检测和相干检测。欧中
华在2009年改良了解调方法,使测温精度达到±0.07K。此种检测方法由于自发
布里渊散射信号相当微弱,对系统本身要求非常高,目前研究较少,进展受限;后
者由Horiguchi1989年提出,其典型的系统结构参见图3(b)。其携温信号为受激
布里渊散射。系统采用双端激光器发射激光测量,较前者BOTDR更复杂,该方法由
于受激布里渊散射信号相比于自发布里渊散射较强,且在温度、应力测量上所能
达到的测量精度以及空间分辨率上优于前者,目前正得到广泛地关注。
在BOTDA技术中,光纤两端激光器在计算机的分别控制下相向入射到传感光
纤,激光器1发出脉冲光,激光器2发出连续光。当两束光的频率差处在相遇光纤
区域中的布里渊增益带时,两束光会在作用点处产生布里渊放大效应,检测出连
续调整频率的入射激光的功率,就可以确定光纤检测的物理量。系统的测量精度
主要依赖于光纤两端激光器的调谐精度。
BOTDA技术分为布里渊增益型和布里渊损耗型。当脉冲光的频率高于连续光
频率时,脉冲光能量向连续光迁移,称作布里渊增益型,布里渊增益会引起脉冲光
能量大幅下降,导致长距离的测量无法实现;反之,称作布里渊损耗型。鲍晓毅等
人利用布里渊损耗型的工作方式,实现了长达51km的测量长度,并最终实现了温
度分辨率为1℃、空间分辨率为5m的测量装置。而后,Hotatek等实现了1cm的
空间分辨率。
六、基于偏振模耦合理论的分布式光纤测温系统
偏振模耦合型分布式光纤温度传感器是利用保偏光纤在受到外界的扰动(如
温度、压力等)时,两正交线偏振模之间产生模耦合效应来实现传感的。与上述方
法不同,它是基于传输光的分布式测温系统。
在高双折射保偏光纤中,可以独立传输两个线偏振模HE x11和HE y11,且它
们互相正交。当无外界扰动时,两偏振模保持各自的偏振状态,保偏光纤消光比很
大;当受外界扰动时,在受扰点处两种偏振模之间耦合,解调后可得到扰动点的位
置和物理(如温度、压力)信号。典型的偏振模耦合测温系统原理如图4所示。激
光通过起偏器沿X偏振方向入射到保偏光纤,激励起HEｘ11模式。当保偏光纤Ｚ
点温度变化时,模式HE x11的能量部分向模式HE y11耦合。用迈克尔逊干涉仪
对保偏光纤的出射光进行相干检测,当获取最大光强时,根据活动臂ΔＬ解调出
位置信息,根据光强大小解调出温度信息。
六、分布式光纤测温系统的比较
以上的分布式光纤测温系统,各有特点,在理论上都可得到测量距离段上任
意位置的温度值。但目前仍存在一些问题,几种分布式光纤测温系统的比较参见
表1。
七、发展趋势
分布式光纤测温技术从最初的追求长的传感距离到现今在较短距离上取得
高精度的方向发展;伴随保偏光纤制作水平的发展以及其温度测量理论的深入研
究,基于偏振模耦合原理的分布式光纤测温技术,将会是未来的一个发展方向。
分布式光纤测温系统的发展趋势体现在:(1)在一条光纤上实现两个或多个
物理、化学量或它们之间的混合测量；(2)提高测量方法的精度、缩短测量时间；
(3)测量梯度向二维甚至三维空间发展。