中国光纤传感40余年：历程、问题及产业化趋势

光纤传感（OFS）是20世纪70年代后期发展起来的传感技术。光纤传感具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、安全性能高，传感器端无需供电、耐高温，便于组成传感器网络、融合进物联网等优点，在极端环境下能完成传统传感器难于甚至不能完成的任务，扩展了传统传感器的功能，因此得到了广泛的研究和应用。

目前世界上已有各类OFS上百种，伴随新的机理及特种光纤、专用器件和新技术不断问世，其性能指标不断提高，更多的应用不断出现，显示了OFS具有广阔的应用前景。

中国的OFS事业开始于20世纪70年代末，其进展随同国际OFS事业发展的起伏而前行。当时国际上OFS技术刚刚起步，中国不少高校和科研单位就紧跟着开展对这种新型传感器的研究，至今已有40年。中国的OFS事业虽起势迅猛，却历经曲折，走过了一条不平坦的道路，大致可以分为三个阶段：

国际上光纤传感在20世纪70年代后期兴起，一开始就显现出很大的吸引力。基础研究不断创新，学术活动十分频繁；应用领域不断开拓，相关产值每年以30%的速度增长。当时，这些情况引起了中国学术界和产业界的广泛重视，很多科研机关、高等院校和产业部门迅速跟进。

中国光纤传感具体的实验研究工作于20世纪70年代末、80年代初逐步开始。当时，中国有关OFS的研制工作主要在高校和研究所进行。通过结合国外的技术方法，探索适合国情的新方法和技术，进行了多种类型OFS的研制，并试图将其进行推广应用。

此时，中国开展研制的OFS已种类繁多，并取得了初步成果。OFS应用研究涉及电流、电压、电场、磁场、温度、水声、压力、位移、振动、速度、转动、流量等物理量的检测，国际上几种主要类型的OFS均有单位在研制。初期还只局限于借助与利用光通信的及器件来研究基本的传感特性，不久国内就有单位开始研制专用于OFS的光纤、有源和无源器件，有力地推动了有关研究工作，这是中国光纤传感进入深入研制的标志。在这一阶段，中国OFS的研制呈现出迅猛发展的态势，主要体现在两方面：

１)国家重视和制定OFS国家规划与任务

在改革开放初期，事业的发展能否得到国家的重视和政策导向是极其必要和重要的，尤其是在中国OFS事业从无到有、从小到大的早期发展阶段，特别需要国家的支持和推动。20世纪80年代，国家相继出台了《光纤传感技术“七五”发展规划(草案)》、《传感器发展政策》等，明确规划了光纤传感的发展方向、攻关课题以及发展任务，极大地推动了中国OFS行业的形成。由此可见，中国OFS事业的发展离不开国家的支持，列入国家规划是OFS得以起步极为关键的举措。

２)成立学术组织和召开学术会议

在中国OFS的早期发展阶段，研究人员多是自发的、个体的，散见于高校和科研单位的实验室内，各自为战，虽有成绩，但难以取得大成果。因此，加强学术交流，相互学习和借鉴，相互了解和沟通显得尤为迫切。

以清华大学为主的有关单位，倡导成立了光纤传感专业委员会，以及中国首个OFS学术组织——光纤传感技术情报协作组，整合各个科研单位的力量，进一步推动了中国OFS的发展。

在光纤传感专业委员会和情报协作组的主持下，多次全国性OFS学术交流会得以召开。在1985—1993年之间，共召开了5次国内和2次国际OFS学术交流会，以及3次光纤传感培训班。1988年11月中日光纤传感专业委员会在北京联合举办了OFS学术交流会，1991年10月国际光学工程学会首次和中国在武汉联合举办了OFS学术交流会，这两次会议都获得国家自然科学基金委的资助。

20世纪90年代中期，中国光纤传感的研究进入一个小高潮后不久，其发展逐渐显露出动力不足而进入发展低潮。这段时间中国OFS事业的发展变缓，这既有外在原因，也有内在因素。

外在原因主要是中国在继续进行改革开放时，工业的深入发展遇到一定的困难；此外，这一时期光纤通信迅速发展，光通信市场需求急剧增长，国家规划制定和投资部门及光纤技术研究单位纷纷转向了光纤通信，从而减小了对光纤传感的投入。

内在因素则是光纤传感还处于发展初期，技术不成熟、工艺不完善、应用不过关，以及元器件价高质低，难以满足实际需求，没有打开市场。尤其是光通信已影响到千家万户，而人们对OFS却知之甚少，这也大大妨碍了OFS的推广。

在这一阶段，中国OFS的研制还存在多方面的问题，可概括为技术和市场两方面。一个产业的发展，技术优势是推动力，市场需求是牵引力。中国OFS的研制在技术上尚不成熟，与传统传感技术相比并无优势可言，并且难以满足实际的应用和市场的需求，因此 OFS的发展走入低谷是必然。这主要表现在：

１)光纤传感器不达标，尚不能在实际应用中得到认可。在初期，特殊专用的元器件大多由研究者自己研制，其性能、质量难于符合使用要求，且制作工艺落后，批量少、成品率低、成本和价格高。因此大大影响了技术和系统的研究和使用，真正能够投入使用的OFS少之又少，很难适应实际环境。

２)光纤传感技术不过关，尚不能在工程使用中得到认可。OFS技术具有一些传统传感技术不能比拟的优点，但这只是预测与估计，在早期的应用中未能体现，其应有特色也没有在应用中突显。例如：OFS灵敏度高，但信噪比、稳定性低；其抗电磁干扰强，但可靠性差、受温度影响大，因此其潜力未被挖掘出来；加之使用不方便、性价比较低等，使得OFS不适用于工程中。

３)光纤传感系统不成熟，尚不能在市场需求中得到认可。例如：那时国内的油库安全十分重要，全凭人工检测，且管理水平较低，使用高精度、安全的OFS检测系统应是最佳方案。

这一段时间的低潮可以归因于技术不成熟、市场不成熟、国家不重视。然而，中国OFS的研究和发展并未止步不前。

凭借光纤传感固有和潜在的性能优势，其走出低谷进入新的高潮是必然的。中国光纤传感现在已进入新的发展阶段。究其原因，一方面是内部原因，OFS技术本身已有很大提高，进入了实用化阶段，不少OFS系统已可满足市场实用的要求。另一方面是外部原因：

１)国家各个层面的重视。进入21世纪以来，传感器作为国民经济的基础产业，在国家的各个层面得到了越来越多的重视。同时，随着整个光通信行业日趋成熟，光纤通信技术进入平稳发展，而市场竞争加剧。许多光纤和有关元器件的生产单位纷纷将目光转向OFS，很多投资者也看好OFS市场。这就给OFS带来了资金和推动力，使OFS走出低谷，带来了促进发展的新局面。

２) 市场需求开始呈现。随着中国经济建设的飞速发展，开始实施创新驱动发展战略，突破更多技术瓶颈需要大力孕育高新技术，其中OFS也逐步得到青睐。随着许多行业、领域的技术进步，有关技术条件得到改善，对高新技术的需求日益增加，如油罐检测的自动化、电力行业(建设超高电压和特高电压、长距离输电线路)、大跨度桥梁、水利大坝等大型构件的安全与健康状况的实时及在线监测，以及国防安全等，均对OFS提出了愈来愈多的需求，也给其应用开发带来了极好的拓展机遇。

随着中国OFS发展涌现出更多更好地机会，走产业化道路的需求越来越深。因此在迈入21世纪之后，更多的光纤传感产业论坛成功举办，加强了国内产学研之间的沟通和交流合作，以及国际学术交流、同国际OFS接轨，推动中国OFS事业进入新的发展节点。

相关文献指出，中国OFS除实验室研究成果外在产业化方面取得了可喜的成绩，在机械、电力电子、航天航空、石油化工、环保、医疗和食品安全等领域的在线检测、故障诊断和自动控制等方面，得到了卓有成效的运用和推广。企业的加入和市场的进入是这一阶段最大的特点和亮点。

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