基于激光/光纖的甲烷、CO等多種氣體傳感器，基于光纖光柵的溫度、位移、應(yīng)變、壓力、風(fēng)速等傳感器，以及光纖分布式溫度、應(yīng)變、振動(dòng)和氣體傳感器將在日益興起的智能礦山建設(shè)中擁有十分廣闊的發(fā)展空間。隨著中紅外半導(dǎo)體激光器技術(shù)的發(fā)展，煤礦火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)可望在“十四五”期間取得突破。而下一步研究和突破的重點(diǎn)則在于，光纖分布式振動(dòng)、光纖風(fēng)速、光纖粉塵傳感器，光纖電流、電壓傳感器，在煤礦井下高濕、粉塵、強(qiáng)機(jī)械沖擊等情況下的適應(yīng)性。

4、油氣光纖傳感技術(shù)

光纖傳感技術(shù)在國外石油公司已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，是一項(xiàng)較為成熟的技術(shù)。隨著近幾年的迅猛發(fā)展，國內(nèi)各油田公司已加大對(duì)該技術(shù)的市場(chǎng)化推廣力度，目前該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展規(guī)模。目前光纖傳感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于油田測(cè)井各個(gè)領(lǐng)域，用于監(jiān)測(cè)井下溫度、壓力、聲波、流量等，可有效分析油田儲(chǔ)層動(dòng)用情況，指導(dǎo)油氣開發(fā)方案設(shè)計(jì)與調(diào)整。

基于拉曼散射的光纖分布式溫度傳感(DTS)技術(shù)：DTS最早被應(yīng)用于稠油熱采井中監(jiān)測(cè)井筒的溫度，豐富的溫度資料可以幫助油田經(jīng)營者更清晰地認(rèn)識(shí)油藏區(qū)塊，以實(shí)現(xiàn)有效開發(fā)。傳統(tǒng)的測(cè)溫傳感器只能在某個(gè)時(shí)間內(nèi)檢測(cè)間斷點(diǎn)的溫度；而光纖分布式溫度傳感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在全井范圍內(nèi)連續(xù)且長時(shí)間的溫度監(jiān)測(cè)，因此可以更好地跟蹤井下溫度剖面的情況，如圖3。但是，典型稠油井的井下溫度高達(dá)260℃~300℃，并且存在含氫層段，光纖在這種環(huán)境下的使用壽命大大縮短，無法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)井全生命周期的監(jiān)測(cè)。所以，加大高溫耐氫損光纖的研發(fā)和試驗(yàn)力度，在關(guān)鍵技術(shù)上力爭(zhēng)突破是一個(gè)迫切的問題。

圖3 DTS測(cè)量蒸汽輔助重力泄油(SAGD)水平井井下溫度

光纖法布里-珀羅腔測(cè)壓技術(shù)(PT)：根據(jù)光纖法布里-珀羅腔的腔長隨外界壓力的變化而變化的原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)油井中壓力的監(jiān)測(cè)，該方法具有抗干擾能力強(qiáng)、安全性高、長期工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此在井下監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用場(chǎng)景如圖4所示。但井下測(cè)壓傳感器的加工工藝要求高、可靠性低，在井下高溫、含氫環(huán)境中，傳感器壽命短；且解調(diào)算法中存在模型不準(zhǔn)確導(dǎo)致的模式跳變。

圖4 采用光纖測(cè)壓技術(shù)測(cè)量地層壓力

DAS技術(shù)：基于Φ-OTDR原理對(duì)空間分布的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量的DAS技術(shù)，是近幾年光纖測(cè)井領(lǐng)域的最前沿技術(shù)。為達(dá)到最好的監(jiān)測(cè)效果，需將光纖鋪設(shè)在油氣井套管外、與地層直接接觸，但施工難度大。此外，還需要進(jìn)一步提高低頻甚至超低頻信號(hào)采集性能，并面臨著數(shù)據(jù)預(yù)處理、降噪及人工智能特征提取時(shí)，數(shù)據(jù)量大，算法復(fù)雜的問題；以及油氣井的生產(chǎn)過程中，聲波信號(hào)微弱、信噪比低的問題。

5、海洋勘探與監(jiān)測(cè)光纖多參量傳感技術(shù)

近年來，海洋勘探與監(jiān)測(cè)光纖傳感技術(shù)受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，得到了國內(nèi)外諸多學(xué)者的深入研究，并取得了豐碩的研究成果。研發(fā)出的傳感器，如海洋光纖溫度傳感器、鹽度傳感器、深度傳感器、海洋光纖油污傳感器、光纖水聽器、海洋光纖流速流向傳感器、海洋風(fēng)電光纖磁場(chǎng)傳感器和光纖地震傳感器，為了解海洋、認(rèn)知海洋、經(jīng)略海洋提供了技術(shù)與裝備支撐。

各種參量的海洋光纖傳感技術(shù)經(jīng)過了近十年的快速發(fā)展，其傳感結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵器件已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)全部國產(chǎn)化，接近實(shí)際應(yīng)用的水平，近幾年來逐步進(jìn)入若干應(yīng)用領(lǐng)域，其面臨的主要問題是:

●目前使用的多芯光纖的纖芯位置與間距需要特制，它關(guān)系到傳感器的靈敏度和成本，限制了應(yīng)用開發(fā)的速度。

●復(fù)合結(jié)構(gòu)中的不同種光纖間的低損耗熔接技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)海洋光纖傳感技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。

●無論是基于多芯光纖的光柵陣列解調(diào)技術(shù),，還是復(fù)合結(jié)構(gòu)中多參量的解調(diào)方案，其重構(gòu)算法還有待進(jìn)一步完善。

三、我國光纖傳感技術(shù)發(fā)展的愿景

伴隨著我國光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，各高校中相關(guān)人才培養(yǎng)的模式也在緩慢地發(fā)生著變化，這是因?yàn)樾枨鬆恳鴮W(xué)術(shù)技術(shù)化，市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)著技術(shù)工程化。在這個(gè)信息技術(shù)發(fā)展急速變化的時(shí)代，已經(jīng)很少有機(jī)會(huì)能夠有較多的時(shí)間容許人才緩慢地發(fā)展，來跟隨信息技術(shù)快速變化的腳步。如何滿足人才市場(chǎng)多樣性的需求？如何應(yīng)對(duì)快速發(fā)展變化的相關(guān)產(chǎn)業(yè)？這些問題對(duì)各個(gè)高校的人才培養(yǎng)方式提出了新的挑戰(zhàn)。

從市場(chǎng)的邏輯出發(fā)，需求牽引著市場(chǎng)擴(kuò)展，市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)著技術(shù)的進(jìn)步。就光纖傳感技術(shù)而言，若某項(xiàng)特殊的感測(cè)技術(shù)有用，這項(xiàng)技術(shù)就能得到更深入的研究，就能得到市場(chǎng)更多的投入，該項(xiàng)技術(shù)本身才能得到更快的發(fā)展與進(jìn)步。

光纖傳感技術(shù)的成熟伴隨著光纖通信技術(shù)的成熟，但是與光纖通信的市場(chǎng)情況則相反。光纖傳感市場(chǎng)不僅被各種不同的需求和多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景細(xì)分，而且能夠滿足各種應(yīng)用的支撐性技術(shù)也各不相同，這樣的現(xiàn)實(shí)情況阻礙了資本的投入規(guī)模，客觀上也制約了光纖傳感技術(shù)的發(fā)展。