El estado de desarrollo de varios de los principales sensores de fibra ópticaGiroscopios de fibra óptica Los giroscopios de fibra óptica se pueden dividir en tipo de interferencia, tipo de resonancia y tipo Brillouin. El giroscopio de fibra óptica de interferencia es la primera generación. La tecnología ha madurado y se encuentra en la etapa de promover la producción y comercialización en masa. El giroscopio de fibra óptica resonante es la segunda generación y se encuentra en la etapa de desarrollo desde la investigación de laboratorio hasta la aplicación práctica. El tipo Brillouin es de tercera generación y aún se encuentra en etapa de investigación teórica. La estructura del giroscopio de fibra óptica tiene tres métodos de implementación basados en los componentes ópticos utilizados: sistema de componentes pequeños discretos, sistema totalmente de fibra y sistema de componentes ópticos integrados. En la actualidad, la solución de componentes ópticos discretos básicamente ha desaparecido. El giroscopio de fibra óptica de circuito abierto utiliza un sistema totalmente de fibra, que tiene baja precisión y bajo costo. Los giroscopios de componentes ópticos integrados se han convertido en la principal solución para los giroscopios de fibra óptica de media y alta precisión a nivel internacional debido a su proceso simple, buena repetibilidad general y bajo costo. Los giroscopios de fibra óptica se componen principalmente de componentes activos como fuentes de luz y detectores, componentes pasivos como acopladores de fibra y moduladores de fase y fibras ópticas. La investigación en el extranjero comenzó en 1976 y, a mediados de la década de 1990, ya estaban a la venta giroscopios de fibra óptica con diversas precisiones y se utilizaron por primera vez en los campos aeroespacial y militar. Actualmente, muchos productos se han utilizado en la industria aeronáutica civil y del automóvil. Nuestro país ha logrado logros significativos en los campos de fibras que mantienen la polarización, acopladores y moduladores ópticos integrados multifuncionales (guías de ondas Y), acercándose o alcanzando el nivel avanzado internacional. La fuente de luz aún está bajo investigación. Los diodos láser superemisores pueden cumplir los requisitos en condiciones de laboratorio, pero aún existen problemas como la confiabilidad y las características de temperatura en aplicaciones de ingeniería. Limitada a la tecnología de semiconductores, la investigación nacional actual se centra principalmente en la banda de 1300 nm. La principal brecha entre los países nacionales y extranjeros radica en la productización, la tecnología inmadura y la falta de capacidades de producción a gran escala; es necesario mejorar el rendimiento y las capacidades de producción de los componentes. Miller, director de I+D de Xian Femtosegundo Optoelectronics, dijo a Fiber Optic Online: "China tiene giroscopios de fibra óptica producidos en masa con una precisión de una milésima, que actualmente se utilizan principalmente en campos de baja precisión, como los misiles. Giroscopios de fibra óptica de alta precisión para uso aéreo están en desarrollo. Las ventas anuales de giroscopios de fibra óptica de Times Group han superado los 200 millones de yuanes. También hay muchas empresas nacionales que se están desarrollando en este campo, principalmente en el campo de precisión media. El dispositivo central es producido principalmente por Beijing Shiweitong Company y 44 empresas en Chongqing. También está en producción, y el Instituto de Mecánica Óptica de Xi'an también lo está desarrollando. El bobinado de fibra óptica es generalmente producido por varios fabricantes y Wuhan Changyingtong Company. se especializa en bobinado de fibra óptica. Las fuentes de luz LED son producidas principalmente por Wuhan Guangxun y Shenzhen Conoco. Los giroscopios de fibra óptica reemplazarán gradualmente a los giroscopios electromecánicos tradicionales en los campos de precisión media-baja y media-alta, y tendrán un enorme potencial de desarrollo en el sector aeroespacial. , militar, automotriz y otros campos en el futuro. Hidrófono de fibra óptica El hidrófono de fibra óptica es un sensor de señal acústica subacuático basado en fibra óptica y tecnología optoelectrónica. Convierte señales acústicas submarinas en señales ópticas mediante detección coherente de fibra óptica de alta sensibilidad, y luego las transmite al sistema de procesamiento de señales a través de fibras ópticas y las convierte en información de señales acústicas. En comparación con los hidrófonos tradicionales, tiene las características de alta sensibilidad, amplio ancho de banda de respuesta y sin interferencias electromagnéticas. Se utiliza ampliamente en exploración militar y petrolera, detección ambiental y otros campos, y tiene un enorme potencial de desarrollo. Según el principio, los hidrófonos de fibra óptica se pueden dividir en tipo de interferencia, tipo de intensidad y tipo de rejilla. Las tecnologías clave de los hidrófonos de fibra óptica de tipo interferencia han madurado gradualmente y se han formado productos en algunos campos; los hidrófonos de rejilla de fibra son actualmente un punto de investigación. Las tecnologías clave estudiadas involucran fuentes de luz, dispositivos de fibra óptica, tecnología de sonda, tecnología de desvanecimiento antipolarización, tecnología de desvanecimiento antifase, tecnología de procesamiento de señales, tecnología de multiplexación y tecnología de ingeniería. La investigación sobre hidrófonos de fibra óptica comenzó en el Laboratorio Naval de los Estados Unidos a finales de la década de 1970. Muchos países desarrollados han invertido mucha mano de obra y recursos materiales en la investigación y han logrado muchos resultados. En aplicaciones militares, a medida que el ruido submarino disminuye y la sensibilidad de detección de los electrosonares se acerca a su límite, los hidrófonos de fibra óptica serán de gran utilidad. La investigación de mi país sobre hidrófonos de fibra óptica también ha logrado grandes avances y ha alcanzado niveles internacionales en algunos indicadores técnicos. Sin embargo, se encuentra principalmente en las etapas teóricas y experimentales, y aún no se han informado sobre hidrófonos de fibra óptica prácticos y de ingeniería. Sensor de rejilla de fibra de Bragg El sensor de rejilla de fibra de Bragg, especialmente el sensor de rejilla de fibra de Bragg, ha sido un punto de investigación en el campo de los sensores en el país y en el extranjero en los últimos años. La mayoría de los sensores de fibra óptica tradicionales son del tipo de intensidad de luz y de interferencia. Los sensores de intensidad de luz tienen problemas como fuente de luz inestable, pérdida de fibra y envejecimiento del detector. Dado que la intensidad de la luz de los dos haces de interferencia es igual a la del sensor de interferencia, es necesario fijar un punto de referencia, lo cual es incómodo de aplicar. La señal de detección del sensor de rejilla de fibra basado en la rejilla de fibra está modulada en longitud de onda y tiene una fuerte capacidad de multiplexación, lo que evita los problemas mencionados anteriormente del sensor de fibra tradicional. Los sensores de rejilla de Fiber Bragg son los componentes sensibles más ideales para la detección del estado de la construcción, la detección de impactos, el control de la forma y la detección de reducción de vibraciones. Los sensores de rejilla de fibra de Bragg se utilizan ampliamente en geodinámica, naves espaciales, barcos, estructuras de ingeniería civil, industria energética, medicina y detección química. Las principales direcciones de investigación de los sensores de rejilla de Bragg de fibra son: (1) Investigación sobre sensores de alta sensibilidad y alta resolución que puedan detectar simultáneamente cambios de tensión y temperatura (2) Desarrollo de sistemas de tecnología de detección sensibles, confiables, miniaturizados y de bajo costo; (3) ) Investigación de aplicaciones prácticas, incluida la tecnología de envasado, la tecnología de compensación de temperatura y la tecnología de redes de sensores. Actualmente se han comercializado algunos tipos de sensores de rejilla de Bragg de fibra, pero aún es necesario mejorar su rendimiento y funcionalidad. Sin embargo, se puede decir que la tecnología de detección de rejillas de Bragg de fibra se está acercando a una etapa madura. La investigación de mi país sobre sensores de rejilla de Bragg de fibra llega relativamente tarde, pero se han logrado grandes avances. Con el mayor desarrollo y mejora de la tecnología práctica y económica de demodulación de longitud de onda, los sensores de rejilla de fibra tendrán amplias perspectivas de desarrollo.
El gerente Shen del Instituto de Óptica de Beijing dijo que los sensores de rejilla de Bragg de fibra se utilizan principalmente en mercados como la medición de la temperatura de los tanques de petróleo, la medición de la tensión del suelo y la medición de la temperatura de los equipos eléctricos. Empresas como Science and Technology Optoelectronics y Pinao Optoelectronics son relativamente grandes en escala. Según el análisis de experiencia industrial de 10 años del Top Optical Research Institute, en los próximos 3 a 5 años, el mercado de sensores de rejilla de fibra de Bragg estará ocupado por pequeñas y medianas empresas de diferentes industrias y regiones. Los grandes fabricantes de equipos de telecomunicaciones están actualmente interesados principalmente en el mercado de banda ancha de radio y televisión y no se plantearán por el momento entrar en este campo. Sensor de corriente de fibra óptica El rápido desarrollo de la industria energética ha llevado al aumento continuo de la capacidad de los sistemas de transmisión de energía, y los niveles de voltaje operativo son cada vez más altos, y tienen que enfrentar el problema de medir corrientes fuertes. En los sistemas de energía de alto voltaje, alta corriente y alta potencia, los sensores de corriente tradicionales basados en inducción electromagnética (CT para abreviar) exponen una serie de deficiencias graves: las explosiones causan accidentes catastróficos, las grandes corrientes de falla causan la saturación magnética del núcleo de hierro; ;* * *Efecto de vibración del núcleo de hierro; efecto de histéresis; baja precisión; susceptible a interferencias; la nueva generación de red eléctrica digital es grande, pesada y costosa, lo que dificulta satisfacer las necesidades de desarrollo. Los sensores de corriente de fibra óptica se han convertido en la mejor forma de solucionar los problemas anteriores. El gerente Shen cree que la solución técnica de sensores de corriente de fibra óptica derivados de giroscopios de fibra óptica es un ejemplo de civilización de la tecnología militar. Actualmente la solución técnica aún no está concretada y se encuentra en la etapa de exploración-finalización-reexploración. El Dr. Wang Honghai, director técnico de Wuhan Changyingtong, dijo que actualmente hay de 3 a 4 fabricantes en el mercado nacional de sensores de corriente de fibra óptica que envían en pequeños lotes, y la oferta de State Grid este año es de aproximadamente 1.000. Relativamente hablando, la dosis es todavía muy pequeña. Lo que actualmente obstaculiza su verdadero uso a gran escala es su estabilidad, especialmente la estabilidad de la temperatura. Tendencias de desarrollo futuro El rápido desarrollo de las comunicaciones por fibra óptica ha llevado a la aparición continua de nuevos dispositivos y materiales ópticos, proporcionando la base necesaria para el desarrollo de sistemas de detección de fibra óptica. La tecnología de detección de fibra óptica se ha desarrollado durante más de 30 años y ha logrado grandes avances, que se reflejan principalmente en: ha entrado en la etapa práctica y siguen surgiendo nuevos principios de detección. Sin embargo, el estado de desarrollo actual está lejos de satisfacer las necesidades reales y todavía quedan muchos temas por estudiar: (1) Investigación práctica, especialmente rentabilidad (2) Investigación de aplicaciones (3) Investigación sobre nuevas fibras ópticas; sensores; (4) Investigación sobre nuevos materiales sensibles y nuevos dispositivos optoelectrónicos especiales. Por lo tanto, las posibles tendencias de desarrollo de los sensores de fibra óptica son las siguientes: (1) los problemas que los sensores tradicionales no pueden resolver son los principales objetos de investigación de los sensores de fibra óptica (2) sensores de fibra óptica integrados (3) multifuncionales totalmente de fibra; sistemas de control; (4) nuevo campo pionero. En cuanto al precio de los sensores de fibra óptica, el Dr. Wang dijo que existen muchos tipos de sensores de fibra óptica, específicamente giroscopios de fibra óptica y transformadores de corriente de fibra óptica, que son entre 2 y 3 veces más caros que los sensores tradicionales del mismo nivel. La falta de estabilidad y confiabilidad a largo plazo de la aplicación, el alto precio y el procesamiento inteligente insuficiente de los datos obtenidos son razones importantes que obstaculizan la aplicación a gran escala. Específicamente para el desarrollo de aplicaciones industriales, el gerente Shen dijo a Fiber Optic Online que la tecnología de sensores se utiliza en todos los ámbitos de la vida y que cada empresa tiene capacidades limitadas de entrada al mercado, por lo que ahora está floreciendo en todas partes. La industria tradicional de sensores tiene una cadena industrial y una cadena de intereses maduras, y la industrialización de la detección por fibra óptica debe estar preparada para una guerra de resistencia a largo plazo. El alto precio de los sensores de fibra óptica está relacionado con la escala, pero los sensores de fibra óptica están respaldados por la industria de las comunicaciones ópticas, por lo que no hay problema en reducir costos a largo plazo. La investigación de ingeniería sobre detección de fibra óptica es un tema candente, y es necesario tiempo para probar la madurez de la tecnología, el costo, la aceptación de la industria y si existen peligros ocultos. Una industria debe seguir un ciclo de vida y la detección de fibra óptica todavía tiene un largo camino por recorrer.