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为了防止火灾和故障的发生，光纤传感器广泛应用于光缆运维、油气管网、电力系统、公共交通等各个领域，逐步形成产学研紧密结合的格局。
传统的光纤传感技术难以满足光纤传感网络“大容量、高精度、高密度、长距离、高可靠性”的发展趋势。
在光纤传感技术主要应用领域的市场和自身技术的带动下，行业市场规模不断上升，发展前景广阔。
01 下游应用事故高发，光纤传感技术前景广阔
1）电缆故障引起的火灾和事故
11月9日，国家消防救援局发布2024年1-10月全国火灾形势报告。 今年1月至10月，全国共发生火灾74起50,000例，1,381人死亡，2,063人受伤，61起直接财产损失得到核实5亿元，与去年同期相比，病例数和受伤人数增加2人5% 和 65%。其中，共有21起是由电气引起的火灾引起的火灾7万起，造成418人死亡，占总数的30人3%，直接财产损失263亿元，电气故障是火灾的首要原因。
除火灾外，随着光缆铺设面积和强度的快速增长，以及我国油气管网和电力系统的快速增长，其运维管理也存在诸多难点，如监测工作量大、故障定位误差大、监测性能不完善等问题。 据相关统计，超过85%的网络和电力不可用事件是由电缆故障引起的，给经济和社会生活造成了巨大损失。
为了防止火灾的发生，减少电缆故障造成的损失，科技人员不断探索和开发新的预警技术。 其中，光纤传感技术作为一种新兴的技术手段，在火灾预警和光缆监测方面得到了广泛的应用，并取得了重要成果。
2）光纤传感技术
传感技术是现代信息技术的重要组成部分，光纤传感是以光为信息载体，以光纤为传播传感媒介，通过分析传感光纤中光信号的变化来获取有用信息的新型传感技术。
光纤传感作为现代传感领域发展最快的分支，具有体积小、重量轻、耐高温等恶劣环境腐蚀、抗电磁干扰、信息容量大、灵敏度高等诸多独特优异性能，可通过多路复用技术阵列或分布式结构实现大规模、远距离信号检测。 因此，光纤传感技术特别适合在恶劣环境下进行长期测量，将被动检测转变为主动感知，实现数字化、智能化的监控和运维，具有传统电磁传感器无法比拟的优势。
3）光纤传感技术的应用场景
经过多年的学术研究和技术发展，光纤传感技术近年来形成了加速发展的趋势，在温度、压力、声波、振动、磁场、应变等诸多物理量的测量方面进行了广泛的科研研究，并已广泛应用于多个实际场景和交叉学科领域， 如电力、石油、化工、交通、生物、医疗等，并逐步形成了产学研紧密结合的格局。典型应用如下：
光缆运维管理
在光缆的施工和服务过程中，由于技术和环境的影响，不可避免地会出现严重的扭转和物理损坏，需要故障状态监测和预警。 虽然光网络对逻辑链路的主备路径有保护措施，但如果主备路径在同一物理光缆上，光纤断线事故导致业务中断的风险将大大增加。 基于光纤传感的“共路由检测”技术，可实现光缆管道信息与业务路由信息的融合管理。
油气管网监测
中国拥有庞大的油气管网，据国家能源局称，到2024年，全国油气管网规模将达到21万公里。 油气管网具有跨度长、地理地质环境复杂等特点，且大多位于野外无监管区域，传统监测手段难以满足油气管道的安全监测要求。 基于光纤传感技术，将敷设在油气管道同沟中的通信光缆和智能分析算法，实现对长输管道的实时监测，空间分辨率高，多参数测量。
电力线监控
我国电网规模和输电容量居世界首位。 输电线路的稳定运行容易受到强风、雷暴、冰雪灾害等恶劣天气等环境因素的影响，传统的监测方案主要依靠人工巡检、电子点传感器等方式，存在劳动强度大、成本高、安装维护困难等问题。 大面积覆盖困难。光纤传感技术可实现沿线多种参数的远距离实时监测，与传统方法相比，具有响应速度快、抗干扰性强、可靠性高、重量轻、小型化等优点。
下图为基于光迅站分布式光纤传感监测系统在国网某线路上进行覆冰监测试点，可实现对OPGW光缆覆冰厚度的连续实时监测。
地质环境和火灾监测预警
基于光纤传感技术和我国广泛覆盖的光通信网络，构建包括平原、山地、河流、海洋在内的地质环境监测预警网络。 通过对光信号的分析和振动等参数的检测，一方面可以实时监测地质环境的异常变化，对**、滑坡、泥石流等进行预警和风险评估，从而采取适当的防护措施;另一方面，可以实时获取地壳位移、水位变化、岩土结构变形等地质参数的变化，辅助评估结构的安全性和稳定性。
周界安全监控
社会经济的快速发展，对核电站、铁路、危化品仓库、军事基地、办公区、重要基础设施、大型网络节点等重要战略区域提出了更高的安全要求。 基于光纤传感的周界安防系统可以有效克服传统安防系统盲区、性能劣化、误报率高、雷击等缺点，具有监控距离远、无电磁辐射、抗干扰能力强、可靠性高、运行成本低等优点。
海缆监测预警
除上述地质环境监测外，其典型应用场景还包括海底电缆、光缆及相关基础设施的有效监测，如海底拖网活动、船舶锚泊、疏浚活动、涡激振动、电气故障、局部放电等的监测预警等。
02 传感器网络向高精度发展，新型阵列光栅光纤可能成为最佳解决方案
1）几种常见的光纤传感技术
与传统传感器是独立的个体不同，光纤传感器可以将多个传感单元串联在一根光纤上，形成一个监测网络。 根据传感单元布局设计的差异，光纤传感技术可分为单点、准分布式和分布式三大类。
单点光纤传感
单点光纤传感器一般实现局部区域信息的采集，主要包括光纤光栅传感器、光纤微结构干涉测量传感器、光纤光谱吸收传感器、微纳光纤传感器等。 这些传感单元可以实现对单个甚至多个物理参数的传感测量，如应力、振动、折射率、温度等。
其中，光纤光栅（FBG）是一种常见的点传感器。 光纤光栅（FBG）是产生光纤纤芯折射率周期性分布的方法（如紫外雕刻），对波长有选择性，能反射特定波长的光，使其他光通过。 光纤光栅传感器因其灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、动态测量范围宽、体积小、稳定性强、易于重复使用等优点，成为近年来发展最快的传感器之一。
准分布式光纤传感
准分布式光纤传感技术，通过光纤将多个传感单元串联起来，实现单纤远距离、大容量的传感监控。 用于构建准分布式传感器网络的传感单元多采用光纤光栅、光纤FPI和光纤干涉仪，它们本身具有较高的信噪比，同时保持了分布式传感在组网和信号传输方面的优势。 利用光波的特性，通过波分复用、时分复用、频分复用、空分复用和混合复用技术，在单根或多根光纤上形成准分布式传感网络。
分布式光纤传感
分布式光纤传感技术是光纤传感领域的重要组成部分，集传输和传感于一体，可实现传感光纤链路上多达100万个测点的信息采集，实现大规模、远距离的传感监控。 分布式光纤传感技术没有盲区，突破了光纤光栅解调复用传感单元数量的限制和空间分辨率的限制，因此称为分布式测量。 目前，分布式光纤传感系统已广泛应用于周界安防、管道安防、资源勘探、结构健康监测、医疗检测等多个领域，展现出极好的工程前景。
2）光纤传感技术的发展趋势
目前，以“大容量、高精度、高密度、长距离、高可靠性”为特征的新型光纤传感网络已成为光纤传感最重要的发展趋势
大容量：代表数千甚至数万个光纤传感单元
高精度：代表着光纤传感监测精度的进一步显著提升
高密度，这意味着传感单元间距将达到厘米级;
距离远，这意味着光纤传感的监测范围可达数十甚至数百公里;
高可靠性意味着它能更好地满足恶劣工程现场长期可靠运行的需要。
然而，传统的光纤传感技术，无论是光纤光栅传感技术还是分布式光纤传感技术，都难以满足“大容量、高精度、高密度、长距离、高可靠性”光纤传感网络的应用需求和迫切需求。 因此，基于光栅阵列的新一代光纤传感技术应运而生。
3）光栅光纤阵列传感可能是最佳解决方案
随着我国经济的持续稳定发展，城市轨道交通、高速公路、机场、油气管道、大桥、高铁等国家大型工程和重要基础设施呈现快速增长态势。
上述大型基础设施和重大项目与人民群众生命财产安全息息相关，其运行状态监测和安全管理成为亟待解决的重大问题。 面对复杂大型交通、安防等领域大型基础设施和重大项目的运行状态监测和安全管理需求，传统的光纤传感等传感技术，如光纤光栅传感技术、分布式光纤传感技术等，由于各自的技术短板，已无法满足上述应用领域的发展需求。
基于光栅光纤的新一代光纤传感技术，光栅光纤阵列传感，可通过拉丝塔写入光纤光栅，采用波分+时分混合复用对海量传感信号进行解调，有效融合了“光纤光栅传感技术”和“分布式光纤传感技术”各自的优势， 进而实现“大容量、高精度、高密度、长距离、高可靠性”的新一代光纤传感网络。中国企业，如安徽龙联智能，已经开始布局这种新型光纤传感智能系统，并取得了一定的成效。
新型光栅光纤阵列传感技术的出现，可为我国大型交通与安防领域国家大型工程和重要基础设施的状态监测与安全管理提供完整、先进的解决方案。高铁等下游市场对状态监测和安全管理的实时监测和安全管理需求，显著提升了我国大型基础设施的实时监测能力和安全管理水平。
03在技术驱动下，光纤传感行业发展前景广阔
中国光纤传感解决方案整体市场规模
在第一部分中，我们提到，目前光纤传感技术已广泛应用于电网基础设施、城市管廊、油气能源基础设施、海底电缆、交通基础设施、城市安防等领域，实现资产监控、运维管理功能，下游应用领域非常广泛。
而根据弗若斯特沙利文的统计和**，2024年，中国光纤传感解决方案的市场规模将达到7290亿元，年复合增长率271%，电网基础设施、城市管廊、油气能源基础设施、海底电缆等行业投资的快速发展是推动整个光纤传感市场的主要增长因素。 **到2024年，市场规模将达到208家70亿元。
2） 光纤传感国内替代进程加快
目前，从事光纤传感技术的国外公司主要以产品销售为主，并专注于中国市场的电力行业、石油勘探和周界安防。 相对而言，国内从事光纤传感技术的企业规模较小，主要以产品销售与工程服务相结合为主，产品广泛应用于石油石化、电力、交通等领域。
近年来，国内技术研发企业凭借多年的技术积累和市场开拓，正在逐步缩小与进口产品的差距，已在高端市场与国外厂商直接竞争，并稳步取代国外产品占据的部分市场份额。
在技术驱动下，行业发展前景广阔
随着传感技术、信息技术和互联网技术的飞速发展，采用新材料、新机制、新技术的光纤传感器和智能仪器仪表实现了高灵敏度、高适应性和高可靠性，并正朝着多功能化、小型化、模块化、智能化、集成化、网络化方向发展。 主要应用领域的市场驱动因素如下：
电网行业
根据规划，国家电网将分两个阶段推进电力物联网建设：2019-2024年为战略突破期，重点应用人工智能、物联网、云计算等新技术，提升电网物联网和深度感知能力，2024年初步构建电力物联网通过三年的升级换代，2024年将建成电力物联网。
海上风电行业
根据全球风能协会的数据，2024年中国海上风电新增装机容量为1690万千瓦，而2024年为165千瓦5万千瓦实现大幅增长，我国海上风电装机容量达到世界第一。 2018-2024年，我国海上风电新增装机趋势如下图所示
综合管廊
随着城市现代化进程的推进，一部门更加重视城市基础设施建设的发展，综合管廊建设和管理在城市基础设施中的重要性逐渐体现出来，也为光纤传感系统在管廊体监测领域的应用提供了更大的空间， 隧道环境监测和管廊资产管理。
石油石化
石油石化行业对安全管理要求较高，突发设备故障可能导致设备意外停机，引发安全生产事故。 各类关键设备的稳定运行是石化企业安全生产的基石，石油石化企业需要在关键设备上安装资产监控和运维管理系统，对温度、应力、振动等进行监测和诊断。
城市智能交通
根据前瞻产业研究院的数据，2011-2024年，中国智能交通市场总规模从约420个增长到420个左右0亿元增至约1658亿元，呈现明显上升态势，年化增长率近20%，呈现稳定增长态势。 预计到2024年，中国智能交通行业市场规模将超过4000家0亿元，年均复合增长率约16%。 城市智能交通产业的快速发展，为光纤传感系统在交通信号控制、火灾监控、隧道温度监测、应力监测等领域的应用提供了广阔的市场空间。
未来，光纤传感与仪器仪表技术小型化、智能化、网络化的发展趋势，将实现可靠、准确、泛在的网络传感。 各种仪器和传感器可以对电网、交通、大坝、油气管道等物体进行智能识别和感知，形成协同感知、泛在感知、智能感知的物联网，推动物联网应用的发展。 光纤传感器和智能仪器仪表作为传感器网络的基础部件，将融入物联网产业的发展中，未来将具有非常广阔的市场前景。
04 结语
随着光纤光栅阵列传感技术的进步和研究成果的不断涌现，在传感器领域越来越重要。 广泛应用于土木工程结构、航空航天工业、造船船舶工业、电力工业、石油化工、医药、核工业等。 正在开展大量具有发展潜力和市场前景的实用技术研究。
展望未来，光纤传感技术仍有进一步改进和完善的空间。 例如，我们将持续推进光纤传感技术的工程化和实际应用，从市场逻辑出发，需求驱动市场，市场驱动技术进步解决光纤在医学生物学、资源勘探、军事、国防等诸多领域的工程难题，使光纤传感器在保持自身独特优势的基础上，逐步接近甚至取代传统电磁传感器，实现技术革命。 这些技术的成熟和完善，将对国民经济的建设产生巨大的推动作用。