—— Alfredo Cigada , 教授 , 米蘭理工大學

誠然，各種商業可用技術的高速發展對測試測量行業產生了巨大的影響，光纖技術也是其中之一。

前香港中文大學校長高錕在20世紀60年代提出了采用光路來實現數據通訊的方式，自此，從1977年光纖系統首次商用安裝以來，各通信公司就已經開始使用光纖鏈路替代舊的銅線系統。從傳統的雙絞線、電纜+雙絞線階段，目前對于高速、大數據量以及超遠距離的數據布線而言，基本已經進入了光纖這個階段。其主要的原因，也是顯而易見的：

- 就傳輸速率而言，相對于銅線每秒1.54MHZ的速率，光纖網絡的運行速率達到了每秒2.5GB；

- 從帶寬來看，光纖具有較大的信息容量；

- 極低的維護成本；

- 抗干擾性強，安全性能高

與此同時，在測試測量領域，特別是大通道數的數據采集系統中，光纖技術的爆發態勢直接開拓了傳統測量方法所無法企及的應用。

光纖傳感

數十年來，電學傳感器是將物理和機械現象轉化為數據采集系統能夠測量的模擬信號的標準機制。盡管它們無處不在，電學傳感器仍然有很多局限性，電磁干擾（EMI）、易爆性、對噪聲的高敏感以及布線麻煩等缺陷使它們在很多應用中不夠安全，不適應實際情況而導致無法使用。

相比之下，光學傳感器通過使用光學的標準的光纖取代電學的銅線，消除了很多困擾電學傳感器的挑戰。其中最為廣泛采用的光學傳感器技術就是基于光纖布拉格光柵(FBG)技術。FBGs是最本質的點傳感器，它在光纖芯內具有周期性的折射率變化。FBG，一般5毫米長，有選擇地反射以布拉格波長為中心的很窄的頻帶，同時透射所有其它的波長。反射的布拉格波長作為溫度與應變的函數而變化，這使利用FBGs作為傳感器成為可能。工程師們可以將多個FBG傳感器沿一根光纖呈環狀排布，因為每個FBG都被制造為獨一無二的標稱波長，所以它能夠運行在唯一的光學光譜頻帶。與電學傳感系統不同，每個光學通路能夠測量很多FBG傳感器，極大地減少了測量系統的尺寸，重量以及復雜性。此外，因為FBG傳感器調節波長而不是光強，您可以將其部署很遠的距離——長達10千米——并且不會對測量精度造成任何影響。

目前已經有越來越多的設備供應商開始專注于光纖傳感的研究方向，例如微光光學公司（MicronOptics）一直致力于將光纖傳感技術應用于各類結構健康監測項目中，在美國Chulitna大橋健康監測項目中，在光纖上成功布置了幾百個應變傳感器；而NI公司也推出光學傳感解調器，實現對FBG應變和溫度傳感器的同步采樣，將光纖傳感引入PXI這個測試測量標準平臺之中。

數據傳輸

Google公司在2012年推出了“Google Fiber“服務，利用光纖傳輸技術，實現高達1G的網速，從本質上即將改變人類的生活；同樣，在目前的各類大型分布式數據采集應用中，光纖也已經逐漸成為主流的傳輸方式。憑借其獨特的技術優勢，使用光纖傳輸可以有效解決以下實際工程問題：

- 傳輸距離

在分布式的數據采集項目中，如果采用的是USB或者以太網總線，那么其數據的傳輸距離都會受到一定的限制條件，例如以太網的理論最大傳輸距離是 100 米（實際是達不到的）。因此對于需要傳輸距離較長的應用來說，采用光纖就可以很好地解決這個問題，其理論傳輸距離可高達到20公里。

- 環境對信號的干擾

實際現場環境對信號的影響是不容忽視的因素之一，例如在電力監測等項目現場，都會具有電磁干擾等因素，在用傳統的電纜傳輸電信號的時候，會產生一定的干擾；相比電路，采用光路的傳輸則完全不受電的干擾和影響（如下圖）。

在電力、能源或其他有高 電壓、電流的測試環境下，線纜連接的安全性是需要考慮的重要因素。不同于網線和其他金屬電纜，光纖本身絕緣，不具有導電性，即使穿越布滿高電壓設備的環 境，也不存在被擊穿的風險，不會對光纖兩端的人員和設備帶來危險。這是其他線纜通信方式所不具備的優點。
同步

時鐘同步是多節點或者模塊化的數據采集系統的基本問題，業界最為常用的解決方法是在多個采集設備中用線纜共享時鐘信號。但由于線纜的傳輸距離限制以及傳輸延時使得這一傳統技術在長距離、高精度測試系統中無法使用（根據CAT-5e標準，線纜最大傳輸距離應小于100米，每米最大傳輸延時為4.98ns）。

基于GPS的同步授時是一個不錯的選擇，其時鐘源來自GPS衛星信號，技術較為成熟，目前這項技術也已經廣泛用于以太網、電視傳播等領域，現在也開始在測試測量領域嶄露頭角。但是這種方式對GPS依賴性過高，無論從系統的長期穩定性以及信息安全性等角度，都不是一勞永逸的解決之道。

選用光纖來解決時間同步的問題，在世界范圍內已經有了一些技術的成果，例如在粒子沖撞機等大物理領域，最新誕生出叫作White Rabbit的同步技術，雖然目前還沒有完全成熟，但是理論上可以實現在10km空間尺度中納秒級的精確度；

圖： 光纖同步模塊工作原理