始于1977年，光纖傳感技術(shù)研究伴隨著光纖技術(shù)和光通信技術(shù)，迅猛發(fā)展起來的一種新型傳感技術(shù)。
近年來，光纖傳感在機(jī)械、電子儀器儀表、航天航空、石油、化工、食品安全等領(lǐng)域的生產(chǎn)過程自動控制、在線檢測、故障診斷等方面，得到了卓有成效的發(fā)展和推廣。
一、全球概況
始于1977年，光纖傳感技術(shù)研究伴隨著光纖技術(shù)和光通信技術(shù)，迅猛發(fā)展起來的一種新型傳感技術(shù)。
近年來，光纖傳感在機(jī)械、電子儀器儀表、航天航空、石油、化工、食品安全等領(lǐng)域的生產(chǎn)過程自動控制、在線檢測、故障診斷等方面，得到了卓有成效的發(fā)展和推廣。
30多年的發(fā)展，中國光纖傳感市場產(chǎn)業(yè)化格局基本形成，從最初單一的技術(shù)產(chǎn)品推廣逐步向成熟的整體解決方案邁進(jìn)，從產(chǎn)品種類、工藝質(zhì)量及工程實(shí)施服務(wù)等多方面得以逐步完善，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范逐漸形成。主要研究領(lǐng)域包括：
(1)新型敏感材料研究；
(2)分布式光纖傳感系統(tǒng)開發(fā)；
(3)新型專用光電子器件開發(fā)；
(4)適合于易燃易爆、強(qiáng)磁場干擾、高輻射、高溫高壓場所的光纖傳感器開發(fā)；
(5)大型結(jié)構(gòu)工程長期安全監(jiān)測與健康診斷的光纖傳感器及其傳感系統(tǒng)開發(fā)；
(6)光纖光柵傳感器產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究；
(7)光纖智能材料與結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用研究；
(8)光纖陀螺的工程應(yīng)用研究；
(9)微光機(jī)電系統(tǒng)；
(10)準(zhǔn)分子激光微加工技術(shù)研究；
(12)特種光纖傳感器件及其他類型光纖傳感器的開發(fā)。
2011年到2015年之間，全球光纖傳感器市場消費(fèi)規(guī)模以年平均20.5%成長，2011年規(guī)模為13億4000萬美元，預(yù)計(jì)到2016年，將擴(kuò)大為33億9000萬美元。同時(shí)，這5年間，中國成為亞太地區(qū)最主要的光纖傳感產(chǎn)品應(yīng)用市場。2011年交通及石化行業(yè)的光纖火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品市場規(guī)模在2億元水平，電力設(shè)備光纖傳感溫度檢測及應(yīng)用規(guī)模達(dá)到2億元水平，光纖傳感環(huán)境監(jiān)測、光纖陀螺產(chǎn)品市場達(dá)到2億元水平，光纖周界市場在0.5億元水平。
美國光纖傳感器研究起步早，光纖傳感技術(shù)在世界上最為先進(jìn)。據(jù)BCCResearch統(tǒng)計(jì)和預(yù)測，美國光纖傳感器市場在2007年達(dá)到2.35億美元，預(yù)計(jì)將以30%的年復(fù)合增長速度增長，有望在2014年達(dá)到16億美元。從細(xì)分市場看，2007年，美國內(nèi)在型光纖傳感器市場達(dá)1.7億美元，大于外部型光纖傳感器市場，預(yù)計(jì)將以35%的年均增長率增長，到2014年達(dá)到14億美元；2007年至2014年，美國外部型光纖傳感器市場復(fù)合年增長率約為12%，將從2007年的0.65億美元增加到2014年的2.19億美元。
光纖傳感器歷史進(jìn)程：
1975年軍用及工業(yè)應(yīng)用開發(fā)
1976年光纖陀螺概念提出；光時(shí)域反射計(jì)提出
1977年美國FOSS計(jì)劃
1979年第一只光纖光柵
1980年實(shí)驗(yàn)室級別設(shè)備
1982年光纖水聽器海上試驗(yàn)
1985年軍事傳感器開發(fā)
1987年光子晶體光纖概念出現(xiàn)
1990年第一代工業(yè)設(shè)備
1995年石油和天然氣首次實(shí)地實(shí)驗(yàn)
2001年首套石油和天然氣光纖測試系統(tǒng)
2005年全光纖分布式系統(tǒng)出現(xiàn)
2011年國產(chǎn)光纖陀螺在天宮一號空間站應(yīng)用
二、光纖傳感器外部環(huán)境分析
隨著中國工業(yè)自動化應(yīng)用環(huán)境的不斷發(fā)展，儀器儀表行業(yè)日新月異，當(dāng)前儀器儀表行業(yè)面臨新的發(fā)展，這一行業(yè)的十二五規(guī)劃(草案)，也根據(jù)新時(shí)期的要求，提出了重點(diǎn)發(fā)展的若干關(guān)鍵技術(shù)，這對行業(yè)未來發(fā)展無疑有著重要的指導(dǎo)意義。
新型傳感器技術(shù)包括固態(tài)硅傳感器技術(shù)、光纖傳感技術(shù)、生物芯片技術(shù)、基因芯片技術(shù)、圖像傳感器技術(shù)、全固態(tài)慣性傳感器技術(shù)等。“十二五”將以智能傳感器作為重點(diǎn)，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。在光纖傳感領(lǐng)域，重點(diǎn)發(fā)展新原理、新效應(yīng)的傳感技術(shù)，傳感器智能技術(shù)，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，微型化和低功耗技術(shù)以及傳感器陣列及多功能多參數(shù)設(shè)計(jì)、制造和封裝技術(shù)。
目前有數(shù)百個(gè)單位在這一領(lǐng)域開展工作，如清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、天津大學(xué)、重慶大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等，他們在光纖溫度傳感器、壓力計(jì)、流量計(jì)、液位計(jì)、電流計(jì)等領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究。此外，在武漢、上海、廣東、深圳等地，還建立了許多光纖無源器件生產(chǎn)廠家，市場規(guī)模達(dá)到1200億元以上。
(一)、影響行業(yè)發(fā)展的有利因素分析
國家科委于1987年4月制定的《傳感器發(fā)展政策》白皮書確定了必須大力發(fā)展傳感器技術(shù)，特別是要把新型傳感器技術(shù)作為優(yōu)先領(lǐng)域予以發(fā)展。1991年12月30日《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的十年規(guī)劃和八五計(jì)劃的建議》中第21條明確了要大力加強(qiáng)傳感器的開發(fā)和在國民經(jīng)濟(jì)中的普遍應(yīng)用。
(二)、影響行業(yè)發(fā)展的不利因素分析
雖然光纖傳感器技術(shù)在實(shí)際檢測中取得了一些應(yīng)用，但仍存在一些問題，如光纖埋入結(jié)構(gòu)的工藝問題，雖然可以通過安裝方式得到改善，但同時(shí)也導(dǎo)致了應(yīng)變要先經(jīng)過金屬傳遞，然后再由光纖間接感應(yīng)到應(yīng)變，因此需要通過實(shí)驗(yàn)修正才能夠進(jìn)行準(zhǔn)確測量。同時(shí)光纖傳感器的輸出信號會受到光源波動、光纖傳輸損耗變化、探測器老化等因素的影響，這些因素都會降低光纖傳感器測量的準(zhǔn)確性。再者目前光纖傳感器實(shí)用性還有待開發(fā)，同時(shí)其制作成本相當(dāng)昂貴。目前光纖傳感器很大一部分產(chǎn)品還在實(shí)驗(yàn)室階段，因此需要將實(shí)驗(yàn)結(jié)果盡快投入到使用中去。
隨著市場逐漸開放和中國投資環(huán)境的改善以及全球化經(jīng)濟(jì)的進(jìn)程加速，各國傳感器廠家紛紛進(jìn)入中國市場，這加劇了市場的競爭。中國本土傳感器技術(shù)水平與世界水平相比仍存在很大差距，這種差距一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后，另一方面則表現(xiàn)為傳感器自身在智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面的技術(shù)落后。國產(chǎn)企業(yè)形成了“外強(qiáng)中干”的局面，不僅失去了中高端產(chǎn)品市場，而且直接導(dǎo)致自己能生產(chǎn)的產(chǎn)品品種單一，同質(zhì)化嚴(yán)重，國產(chǎn)傳感器價(jià)格優(yōu)勢明顯，但質(zhì)量上與國外產(chǎn)品相比仍存在一定差距，一般應(yīng)用在對信號要求不高的區(qū)域。
三、重要領(lǐng)域市場態(tài)勢分析
(一)、石油石化領(lǐng)域
光纖傳感器可以在油田井下進(jìn)行壓力監(jiān)測，易于安裝，體積小，抗干擾能力強(qiáng)。美國CIDRA公司的光纖布拉格光柵傳感器目前能夠工作在175oC，在測試范圍(0Mpa~34.5MPa)，測量誤差小于6.89kPa。
(二)、天然氣儲運(yùn)管道監(jiān)測
為掌握天然氣貯槽結(jié)構(gòu)體的應(yīng)力及變形，采用了基于PPP-BOTDA的分布式傳感技術(shù)，貯槽的水平和垂直斷面均埋設(shè)了兩條傳感光纖，用于測量貯槽表面應(yīng)變的測量，定量分析管道內(nèi)部侵蝕發(fā)展?fàn)顟B(tài)。澳大利亞FFT公司是世界上為數(shù)不多掌握管道防破壞及泄露監(jiān)測需求技術(shù)的公司之一，他們的FFTSecurePipe系統(tǒng)是專門用于管道安全監(jiān)測的產(chǎn)品，該公司于2013年3月將分布式光纖聲音監(jiān)聽系統(tǒng)布設(shè)于印度的長約200Km的管道BIJWASAN管道。
(三)、煤礦
我國煤礦在中國能源格局中占主導(dǎo)地位，大約為94%，我國的煤礦事故是世界上主要采煤國家煤礦死亡總?cè)藬?shù)的4倍以上。煤礦地下作業(yè)，水、火、瓦斯、煤塵、頂板等災(zāi)害俱全，基于光纖傳感技術(shù)的瓦斯安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以在10公里內(nèi)對瓦斯、礦壓、水壓、溫度、聲發(fā)射、地震波等進(jìn)行監(jiān)測。
(四)、電網(wǎng)
在日本，富士通剛剛完成了對采用基于光纖的多點(diǎn)傳感器的實(shí)時(shí)溫度分布可視化系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測試。目前該技術(shù)由單一光纖組成的傳感器安裝在各個(gè)服務(wù)器機(jī)架的前面和后面、機(jī)房頂部和數(shù)據(jù)中心的樓層上，用來采集空調(diào)系統(tǒng)電力能耗。
(五)、交通隧道領(lǐng)域
截止2007年底，我國已營業(yè)鐵路隧道5941座，3750271米，其中長度在10000m以上的特長隧道7座，我國萬米以上的特長隧道有京廣線的大瑤山隧道(14295m)，西康線隧道(18456m)，寧西線東秦嶺隧道(12268m)，蘭新線烏鞘嶺隧道(20050m)，渝懷線圓梁山隧道(11070m)。截止2002年，公路隧道總數(shù)達(dá)1782座，是世界上公路隧道最多的國家。截止2009年底，我國鐵路隧道總長度已經(jīng)超過7000公里。對隧道的安全監(jiān)測是十分重要的，在隧道內(nèi)鋪設(shè)光纖火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，意義深遠(yuǎn)而重大。
四、光纖傳感器生產(chǎn)及服務(wù)企業(yè)現(xiàn)狀分析
我國光纖傳感器生產(chǎn)及服務(wù)企業(yè)按地域可分為4大產(chǎn)業(yè)群，分別是以江蘇、浙江、上海、安徽為主的華東長三角產(chǎn)業(yè)群，以北京、河北為主的華北地區(qū)環(huán)渤海產(chǎn)業(yè)群，以湖北為主的華中地區(qū)產(chǎn)業(yè)群和以廣東為主的珠三角產(chǎn)業(yè)群，這四大產(chǎn)業(yè)群的企業(yè)總數(shù)占全國光纖傳感器生產(chǎn)及服務(wù)企業(yè)總數(shù)的90%。
國內(nèi)光纖傳感器生產(chǎn)及服務(wù)企業(yè)按照業(yè)務(wù)分為以下幾類：(1)專注于某一種或幾種光纖傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)型企業(yè)；(2)國外光纖傳感器的代理商及國內(nèi)市場支持；(3)具有鮮明行業(yè)應(yīng)用背景的系統(tǒng)集成商和綜合解決方案供應(yīng)商；(4)通信產(chǎn)業(yè)及其他公司的新業(yè)務(wù)拓展或者業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。受制于技術(shù)特點(diǎn)和市場條件，沒有任何一家公司可以形成壟斷地位，各個(gè)公司規(guī)模較小，各個(gè)企業(yè)在光纖傳感領(lǐng)域的年度營業(yè)額在數(shù)千萬元左右，年度營業(yè)額能夠超過億元的不多。
目前市場上獲得成熟應(yīng)用并且接受度較高的產(chǎn)品有：光纖光柵溫度/壓力/應(yīng)變傳感器；點(diǎn)式熒光光纖溫度傳感器產(chǎn)品；點(diǎn)式光纖F-P壓力/溫度/振動傳感產(chǎn)品，光纖電流傳感產(chǎn)品；光纖陀螺產(chǎn)品；分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)；光纖干涉型入侵監(jiān)測系統(tǒng)。國內(nèi)企業(yè)受技術(shù)研發(fā)水平及市場業(yè)務(wù)發(fā)展限制只能掌握一種或幾種技術(shù)，尚無法參與國際市場競爭。企業(yè)規(guī)模小，大多屬于高新技術(shù)企業(yè)，行業(yè)無協(xié)會組織。
