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国内外光纤传感器现状及发展

数读市场中国仪表网2009年04月10日 09:11人气:5977

目前主流的光纤传感器主要有法布利-比罗特(简称FP)、布拉格光栅(简称FBG)和荧光式光纤传感器三种,因为它们都是基于光纤,所以有很多共同的特点,比如抗电磁干扰可应用于恶劣环境(没有加入电磁过程),传输距离长(光纤中光衰减慢),使用寿命长, 结构小巧等等。
世界上第一个光纤传感器是用来检测美国和其它国家的光网络状态、性能和噪音的。之后技术不断进步,应用也拓展到了多个领域,在国防、航空、石油、建筑、抗震等领域崭露头角,备受好评,在巨大的市场需求下,各国加强研发,用途也日益广泛。
美国是研究光纤传感器起步最早,水平最高的国家,在军事应用方面,他们研究和开发主要包括:水下探测的光纤传感器、用于航空监测的光纤传感器、光纤陀螺、用于核辐射检测的光纤传感器等。在民用方面,如运用光纤传感器监测电力系统的电流、电压、温度等重要参数,监测桥梁和重要建筑物的应力变化,检测肉类和食品的细菌和病毒等。美国的很多大学、研究单位和公司都开展了光纤传感器的研究和开发。
日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光纤传感器的研究与开发。日本在80年代制定了“光控系统应用计划”,计划旨在将光纤传感器用于大型电厂,以解决强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中的信息测量、传输和生产过程的控制。90年代,由东芝、日本电气等15家公司和研究机构,研究开发出12种具有一流水平的民用光纤传感器。西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光纤传感器的研究与开发和市场竞争,其中包括英国的标准电讯公司、法国的汤姆逊公司和德国的西门子公司等。
根据Global Industry Analysts的调研报告,目前电信仍是光纤传感器的最大市场,其次是国防/航空领域。亚太地区是全球最主要的市场,其中美国是第一大市场,06年的市场份额大概是1.55亿美元。中国是亚太地区的第二大市场,占总额的39%,主要是因为中国正在大兴土木、建造工厂,工业上的需求较大。2006年的亚太地区市场份额大概是1.55亿美元,亚太地区是增长最快的地区,2009年将达到1.90亿美元。2010年全球市场将超过6.5亿美元。
根据另一家市场调查的分析公司Business Communications Company(以下简称BCC)发布的关于光纤传感器市场报告,全球光纤传感器(FOS)的产值有望从当前的2.88亿美圆增长到2006 年的3.04亿美圆,到2011年之前,整体市场还将保持适度增长态势,预计平均年复合增长率为4.1%,2011年的全球产值为3.72亿美圆。
BCC采用“适度”增长这个词来反映未来5年内FOS市场所面临的挑战的问题。BCC认为光纤传感技术的前途仍然是光明的,不过最初投入的资金仍然是过多的,有点投资过热的迹象。为了扩大光纤传感器的应用范围和市场,光纤传感器的价格必须进行大幅下降。
目前全球主要的光纤传感器厂家有:Agilent、Avantes B.V、Baumer Electric AG、Blue Road Research、Davidson Instruments、EXFO、Fiber Optic Systems 、 FISO 、 Halliburton 、Highwave Optical、 Hitachi Cable、Honeywell Sensing and Control、KVH 、Micron Optics、NxtPhase T&D 、O/E LAND、Ocean Optics、Photonics Laboratories、Prime Photonics、Sabeus Sensor Systems、Sensornet、Schlumberger、Tubel 、Weatherford International.等。
该产业的国内现状
我国在70年代末就开始了光纤传感器的研究,其起步时间与国际相差不远。目前已有上百个单位在这一领域开展工作,如清华大学、华中理工大学、武汉理工大学、重庆大学、核工业总公司九院、电子工业部1426所等。他们在光纤温度传感器、压力计、流量计、液位计、电流计、位移计等领域进行了大量的研究,取得了上百项科研成果,其中相当数量的研究成果具有很高的实用价值,有的达到世界先进水平。每年发表的论文、申请的专利也不少。
但与发达国家相比,我国的研究水平还有不小的差距,主要表现在商品化和产业化方面,大多数品种仍处于实验室研制阶段,不能投入批量生产和工程化应用,远远满足不了市场需求。与发达国家相比,光纤传感器的市场销售额占我国传感器销售额的比例十分低下,特别是在光纤传感器的共性基础技术、中间试验技术、生产装备技术方面尤为突出,很难实现光纤传感器产品的产业化,表现出“研究单位多、生产单位少、研究成果多、商品化产品少、技术水平高、产品质量低”的状况。以下是最近2年我国科研机构在这方面的成就:
一、2007年8月天津大学李恩邦教授研发出了高灵敏度多模光纤应变传感器,并已申请4项国家发明专利。据了解,高灵敏度多模光纤应变传感器比目前世界上使用最广泛的光纤布拉格光栅(FBG)传感器更灵敏,其结构也更为简单。光纤应变传感器广泛应用于建筑、石油、化工、交通、能源、冶金、核工业等领域。
二、07年11月,中国科学院西安分院组织专家鉴定委员会通过了“晶体吸收式光纤温度传感器”项目成果鉴定。该项目由中国科学院西安光机所投资控股的飞秒光电科技(西安)有限公司承担研制。专家鉴定委员会认为,该项目基于砷化镓晶体光谱吸收特性而成功研制的晶体吸收式光纤温度传感器,测量精度高,响应时间快;项目采用光纤分光技术,降低了对光源稳定度的要求,使传感器更加实用、稳定;该传感器采用微型光纤准直器,有效地减小了测温探头的体积。
三、2008年3月电子科技大学通信学院光纤技术研究中心饶云江教授团队首次在国际上应用157nm 和飞秒激光微加工技术制作出新一代微纳光纤珐珀传感器。该技术有助于研制出目前世界上体积最小、光学性能最好、工作温度最高(800℃)的微光纤在线珐珀应变传感器,可望在航空航天、能源工业等环境十分恶劣的极端条件下使用,从而解决长期以来存在的高温下应变精确测量的世界性难题。
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