长春光机所硬核“黑科技”：一根多模光纤如何精准解耦“温度与应力”？万亿级监测市场迎来破局者！
来源：激光每日说
发布时间：2026-06-01
在航空航天、大型土木工程和高端工业监测中，如何同时精准测算设备运行的“温度”和受到的“应力”？传统的传感器往往面临“交叉敏感”的死结。近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（长春光机所）公布了一项重磅发明专利，巧妙利用双光束干涉角的波前相位技术，一举攻克了多模光纤双参量解耦区分的世界级难题！
🔍 行业痛点：剪不断理还乱的“交叉敏感”
多模光纤因成本低、抗干扰强、易于实现分布式传感，被广泛应用于工业和基建监测。然而，多模光纤有一个致命的弱点：耦合效应。当环境温度变化或光纤受到外力拉扯、弯曲时，都会引起光信号（折射率、相位）的变化。
这就好比一个温度计不仅受温度影响，刮风也会让刻度乱跳。如何从一根光纤的杂乱信号中，精确剥离出“纯温度”和“纯应力”的数据？现有的解调方案要么设备极其庞大复杂（导致效率极低），要么精度堪忧，难以满足工程化应用。
💡 核心专利揭秘：干涉条纹的“平移”与“旋转”
▍专利关键信息
专利名称：基于双光束干涉角的多模光纤温度、应力测量方法及系统
申请公布号：CN 121877211 A
申请人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
长春光机所的发明团队（洛猛、高丹恒等）另辟蹊径，构建了一套包含测量臂和参考臂的双光束干涉系统。该系统主要由尾纤激光器、光纤分束器、光纤准直器、合束晶体和CCD相机组成。
突破性原理：
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🌡️ 遇热“平移”：单纯的温度变化主要引起光纤均匀膨胀，导致干涉条纹在垂直方向发生平移（移动量 Δx）。 -
💪 受力“旋转”：当光纤受到外力（应力或弯曲）时，内部模式耦合改变，导致出射波前发生倾斜，表现为干涉条纹整体发生旋转（角度变化 Δθ）。
通过傅里叶变换或霍夫（Hough）变换算法提取这两个特征变量（Δx 和 Δθ），建立灵敏度矩阵，系统就能像“解二元一次方程组”一样，完美区分并计算出精确的温度变化量（ΔT）和应力变化量（Δε）。
🚀 性能优势：低成本与高精度的完美结合
根据该专利公开的实验数据，对一段5米长的阶跃型多模光纤进行测试，该技术展现出了令人惊叹的性能：
✅极高测量精度：温度测量误差小于±0.5℃，应力测量误差小于±10με，完全满足工业级苛刻要求。
✅真解耦区分：彻底解决了长期以来多模光纤双参数交叉敏感的误报问题。
✅结构简单&低成本：无需昂贵的光谱仪，采用常规CCD相机和分光棱镜即可实现，大幅降低了硬件门槛和商业化成本。
🌍 行业观察与万亿蓝海市场
1. 产品化广阔前景
该专利不仅停留在理论，其极强的可工程化特性意味着它可以迅速转化为高端智能传感器产品，直接应用于：
✈️ 航空航天结构健康监测🌉 大型桥梁与大坝安全预警🏭 工业高压电缆及特种设备检测🚇 城市地下综合管廊监控
2. 国际风向与国产替代
近年来，全球结构健康监测（SHM）市场规模呈现爆发式增长。欧美国家在光纤传感核心器件方面长期处于垄断地位。长春光机所的这项专利，利用“算法+巧妙的光路设计”实现了“弯道超车”，打破了高端多参数监测设备依赖进口的局面，高度契合国家“重大仪器国产化”的战略导向。
3. 市场需求订单展望
随着国内“新基建”的推进，桥梁、高铁、风电叶片等场景对分布式光纤传感器的需求量激增。业界预估，未来五年内，具备双参数甚至多参数解耦能力的光纤传感系统，其市场规模将达数百亿元量级。长春光机所此项技术的突破，无疑将吸引众多能源、军工及基建巨头（如国家电网、中交集团等）的战略合作与设备采购订单。
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