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光纤传感器的发展及其在建筑工程等方面的应用 总第112期总第112期江西建材江西建材3/xx3/xx摘要本文首先介绍了光纤传感器的基本构成和工作原理以及光纤传感器的分类和特点，接着分析了国内外光纤传感器的研究现状和发展方向，然后论述了近年来光纤传感器技术在建筑工程等各领域的应用，最后对光纤传感技术的研究发展方向进行了展望。 关键词光纤传感器；光纤；光纤光栅传感器光纤传感器的发展及其在建筑工程等方面的应用程豪（江西现代职业技术学院信息工程分院，江西南昌330095）0引言近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。 在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。 光纤具有很多优异的性能，例如抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等。 其应用范围深入至国防军事、航天航空、建筑工程、电力、能源、环保、医学等。 现如今光纤传感器已经能够对温度、压力、温度、振动、电流、电压、磁场等物理量进行测定，发展空间相当广阔。 1光纤传感器的基本构成和工作原理光纤传感器是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置，它由光发送器（光源）、光通路（光纤）、敏感元件（光纤或非光纤的）、光接收器（光电元件）、信号处理系统及光纤构成。 由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。 这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接受光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，经信号处理得到所期待的被测量。 光纤传感器中的光纤通常由纤芯、包层、涂敷层和护套组成，纤芯和包层具有不同的折射率，影响光纤的导光能力；涂敷层和护套则对光纤起保护作用。 光纤能够约束引导光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光纤传感器的类型和特点光纤传感器的类型很多，按光纤在传感器中的作用可分为功能型、非功能型和拾光型三种类型。 功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件，被测量对光纤内传输的光进行调制，使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化，再通过对被调制过的信号进行解调，从而得出被测信号，因此又称为传感型或物性型传感器。 功能型光纤传感器的光纤本身就是敏感元件，结构紧凑、灵敏度高。 因此，加长光纤的长度可以得到很高的灵敏度。 但是制造这类传感器的技术难度大，须用特殊光纤，成本高，结构复杂，调整较困难。 非功能型传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为信息的传输介质，因此又称为传光型或结构型传感器。 一般是在光纤的端面或在两根光纤中间放置光学材料及敏感元件来感受被测物理量的变化，从而使透射光或反射光强度随之发生变化来进行检测。 非功能型光纤传感器结构简单、可靠，无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。 但灵敏度、测量精度一般低于功能型光纤传感器。 拾光型光纤传感器用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。 其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。 3光纤传感器的发展概况由于光纤传感器应用的广泛性及其广阔的市场，其研究和开发在世界范围内引起了高度的重视，各国家更是竟相研究开发并引起激烈的竞争。 美国是研究光纤传感器起步最早、水平最高的国家，在军事和民用领域的应用方面，其进展都十分迅速。 在军事应用方面，研究和开发主要包括水下探测的光纤传感器、用建材技术12-总第112期总第112期江西建材江西建材3/xx3/xx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。 这些研究都分别由美国空军、海军、陆军和国家宇航局(NASA)的有关部门负责，并得到许多大公司的资助。 美国也是最早将光纤传感器用于民用领域的国家。 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。 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20世纪80年代便制定了“光控系统应用计划”，该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。 20世纪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。 我国在20世纪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、华中科技大学、南京大学、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。 4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）在建筑材料混凝土梁应变监测中的应用。 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，从而来评估混凝土梁短期、施工阶段和长期状态的结构性能。 1989年，美国Brown University的Mendez等人首先提出把光纤传感器埋入混凝土建筑和结构中，并描述了实际应用中这一研究领域的一些基本设想。 此后，美国、英国、加拿大、日本等国家的大学、研究机构投入了很大力量研究光纤传感器在智能混凝土结构中的应用。 xx年9月，上海紫珊光电技术有限公司自主研发的光纤光栅传感应变计，成功应用于北京中关村某标志性建筑中，布设在钢梁上并埋设在混凝土中对支柱钢梁进行施工过程监测。 xx年4月，南京大学工程管理学院张旭苹教授发明的“连续分布式光纤传感技术”，可以将任何一项大型建筑工程与互联网连接起来，通过温度和应力的检测，24小时监测工程的“健康状况”，稍有异常就及时报警，且能精确定位隐患部位，可谓大型建筑工程最贴心的24小时健康“私人医生”。 （2）在桥梁安全监测中的应用。 目前，应用光纤光栅传感器最多的领域当数桥梁的安全监测。 加拿大卡尔加里附近的Beddington Trail大桥是最早使用光纤光栅传感器进行测量的桥梁之一，16个光纤光栅传感器贴在预应力混凝土支撑的钢增强杆和炭纤复合材料筋上，对桥梁结构进行长期监测，而这在以前被认为是不可能。 德国德累斯顿附近A4高速公路上有一座跨度72m的预应力混凝土桥，德累斯顿大学的Meis-sner等人将布拉格光栅埋入桥的混凝土棱柱中，测量荷载下的基本线性响应，并且用常规的应变测量仪器作了对比试验，证实了光纤光栅传感器的应用可行性。 瑞士应力分析实验室和美国海军研究实验室，在瑞士洛桑附近的Vaux箱形梁高架桥的建造过程中，使用了32个光纤光栅传感器对箱形梁被推拉时的准静态应变进行了监测，32个光纤光栅分布于箱形梁的不同位置、用扫描法-泊系统进行信号解调。 （3）在电力系统中的应用。 电力系统中需要测定温度、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。 （4）在石油化工系统、矿井、大型电厂中的应用。 在生产中需要检测氧气、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。 （5）在环境监测、临床医学检测、食品安全检测等方面的应用。 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13-总第112期总第112期江西建材江西建材3/xx3/xx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。 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。 5结语光纤传感技术经过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，还有许多有待研究的课题传感器的实用化研究。 提高传感系统，尤其是传感器的性价比；传感器的应用研究。 在现有的科研成果基础上，大力开展应用研究和应用成果宣传；新传感机理的研究，开拓新型光纤传感器；传感器用特殊光纤材料和器件的研究等。 这些将是以后传感器进一步发展的趋势。 参考文献董春利传感器与检测技术机械工业出版社，黎敏，廖延彪光纤传感器及其应用技术武汉大学出版社，闫若颖，王月香，李淑悦光纤传感器的应用科技广场，李文植光纤传感器的发展及其应用综述科技创业月刊，摘要现有的水源常规水处理工艺已难以满足饮用水水质要求,为了达到饮用水水质标准,需要强化常规水处理工艺,对原水进行预处理或深度处理。 本文对微污染水源常规处理的各种工艺方法以及在各工艺中应相应增加的新工艺新技术进行综述，以期今后在面对有机污染物日益严重的水源水而又要生产出合格的饮用水时，对水处理工艺选择的基建投资、运行成本和维护管理等基本必要条件提供一些技术概念支持。 关键词微污染水源水、饮用水水处理、预处理工艺、强化常规处理、深度处理、生物预处理或物化预处理、活性炭技术、臭氧氧化、生物活性炭、膜分离技术、光催化氧化技术、吹脱技术微污染水源饮用水处理技术展望李德彪（江西省商业建筑设计院，江西南昌330046）1我国净水技术的发展我国净水技术历史悠久，是最早应用明矾净水的国家。 但比较完整的现代自来水厂是创建于1882年的上海杨树浦水厂，至今已有120多年的发展历史。 从上海杨树浦水厂创建到新中国成立将近70年时间，我国给水主要集中在大城市，净水技术落后，净水构筑物简陋，采用简单的沉淀池、慢滤池等工艺。 后期，逐步采用了絮凝、沉淀、快滤、消毒等净水技术，那时没有全国统一的城市供水的水质标准。 从20世纪60年代中期到80年代初，是我国净水技术发展最活跃的阶段。 在此期间开始结合本国国情探索净水技术的发展，也注意吸收国外的先进技术。 在学术理论、设计技术、规范制定、人才培养、设备供应等方面，逐步形成我国自己的体系。 最近的20多年是我国改革开放深入发展时