光纖光柵傳感技術(shù)在安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用
光纖光柵傳感技術(shù)在安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：光纖光柵、安全監(jiān)測(cè)、布喇格波長(zhǎng)、傳感網(wǎng)絡(luò)、無(wú)電測(cè)量
光纖傳感無(wú)電安全監(jiān)測(cè)技術(shù)是本世紀(jì)興起的前沿應(yīng)用學(xué)科，既用光纖感測(cè)信號(hào)又用光纖傳輸信號(hào),是目前傳感技術(shù)最杰出的代表。是自動(dòng)檢測(cè)的革命性技術(shù)。光纖光柵傳感器是一種新型全光纖無(wú)源器件，與普通傳感器相比，具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。它本質(zhì)防爆、無(wú)電傳感、化學(xué)性能穩(wěn)定、傳輸距離遠(yuǎn)、可用于對(duì)外界參量的絕對(duì)測(cè)量，這種特性在傳感器領(lǐng)域中引起了革命。其產(chǎn)業(yè)已被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)是最具有發(fā)展前途的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，它以技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、滲透能力強(qiáng)、市場(chǎng)前景廣等特點(diǎn)為世人所矚目。光纖傳感由于其固有的優(yōu)勢(shì)必會(huì)在不久的將來(lái)取代傳統(tǒng)的傳感技術(shù)。
圖1 光柵結(jié)構(gòu)示意圖光纖的材料為石英，由芯層和包層組成。通過(guò)對(duì)芯層摻雜，使芯層折射率n1比包層折射率n2大，形成波導(dǎo)，光就可以在芯層中傳播。當(dāng)芯層折射率受到周期性調(diào)制后，即成為光柵。光柵會(huì)對(duì)入射的寬帶光進(jìn)行選擇性反射，反射一個(gè)中心波長(zhǎng)與芯層折射率調(diào)制相位相匹配的窄帶光刺中心波長(zhǎng)為布喇格波長(zhǎng)。二.光纖光柵傳感基本原理 光柵Bragg 條件: λB= 2nΛ
式中:λB ---Bragg 波長(zhǎng);
n ---光柵的有效折射率,即折射率調(diào)制幅度大小的平均效應(yīng);
Λ---光柵周期,即折射率調(diào)制的空間周期。
當(dāng)光波傳輸通過(guò)FBG時(shí),滿(mǎn)足Bragg 條件的光波將被反射回來(lái),這樣入射光就分成透射光和反射光。FBG的反射波長(zhǎng)或透射波長(zhǎng)取決于反向耦合模的有效折射率n 和光柵周期Λ,任何使這兩個(gè)參量發(fā)生改變的物理過(guò)程都將引起光柵Bragg波長(zhǎng)的漂移,測(cè)量此漂移量就可直接或間接地感知外界物理量的變化.如下圖所示：
圖2 光纖光柵傳感系統(tǒng)基本原理圖 三.實(shí)際工程應(yīng)用中光纖光柵傳感系統(tǒng)構(gòu)成： 光纖光柵傳感系統(tǒng)主要由寬帶光源、光纖光柵傳感器、信號(hào)解調(diào)等組成。如圖2所示： 
1、 光源 光源性能的好壞直接決定著整個(gè)系統(tǒng)性能的好壞。在光纖光柵傳感中要求光源必須有較寬的帶寬和較強(qiáng)的輸出功率與穩(wěn)定性, 以滿(mǎn)足傳感系統(tǒng)中多點(diǎn)多參量測(cè)量的需要。目前在光纖光柵傳感系統(tǒng)中常用的光源主要有SLED, ASE光源。輸出功率大約為1-20mw.
2 、光纖光柵傳感器
光纖光柵傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、應(yīng)變等物理量的直接測(cè)量。由于光纖光柵波長(zhǎng)對(duì)溫度與應(yīng)變同時(shí)敏感, 即溫度與應(yīng)變同時(shí)引起光纖光柵波長(zhǎng)移動(dòng), 使得通過(guò)測(cè)量光纖光柵波長(zhǎng)移動(dòng)無(wú)法對(duì)溫度與應(yīng)變加以區(qū)分。因此, 解決交叉敏感問(wèn)題, 實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)力的區(qū)分測(cè)量是傳感器實(shí)用化的前提。目前在光纖光柵傳感系統(tǒng)中常用技術(shù)的基本原理都是利用兩根或者兩段具有不同溫度和應(yīng)變響應(yīng)靈敏度的光纖光柵構(gòu)成雙光柵溫度與應(yīng)變傳感器來(lái)確定不同光纖光柵的溫度與應(yīng)變響應(yīng)靈敏度系數(shù)確定溫度與應(yīng)變。
3 、信號(hào)解調(diào)
在光纖光柵傳感系統(tǒng)中, 光纖光柵信號(hào)的解調(diào)是該系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要包括二部分：一部分為光信號(hào)處理, 完成光信號(hào)波長(zhǎng)信息到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，其中傳感器的中心反射波長(zhǎng)的分析是解調(diào)的關(guān)鍵; 另一部分為電信號(hào)處理, 完成對(duì)電信號(hào)的運(yùn)算處理, 提取外界信息,并以人們熟悉的方式顯示出來(lái)。
由此可知，光纖光柵安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的是數(shù)字式測(cè)量技術(shù)，與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比，具有更高的穩(wěn)定性和安全性。
光纖光柵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 （1） 光纖光柵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)： 該系統(tǒng)的功能是通過(guò)光纜將多個(gè)探頭串接起來(lái)，并構(gòu)成傳感器矩陣，形成傳感器網(wǎng)絡(luò)。
（2） 光纖通訊傳輸網(wǎng)絡(luò)：
不同位置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以使用光纜直接將傳輸信號(hào)引入中心監(jiān)控室的信息處理及分析系統(tǒng)上。
（3） 信息處理及分析系統(tǒng)：
該系統(tǒng)由光纖光柵傳感探測(cè)信號(hào)處理器以及計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)成，信號(hào)處理器系統(tǒng)功能包括系統(tǒng)的信息收集、處理和傳送，計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)包括信息處理、分析、傳送、儲(chǔ)存管理、預(yù)警、報(bào)警功能。
- 在水利行業(yè)的安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
| 以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了“差定溫火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)”、“光纖光柵節(jié)能溫控系統(tǒng)”、“光纖光柵滲壓液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”、“光纖光柵大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”等，主要應(yīng)用于各行業(yè)的應(yīng)力、應(yīng)變、滲壓液位及溫度測(cè)量。 |
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光纖光柵滲壓液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2.電力行業(yè)的安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 
3.大型民用工程的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè) 
石油、天然氣輸送管線(xiàn)或儲(chǔ)罐泄漏監(jiān)測(cè) 、油庫(kù)、油管、油罐的溫度監(jiān)測(cè)及故障點(diǎn)的監(jiān)測(cè) 。 
七.結(jié)論 光纖光柵傳感器具有非常獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，隨著其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，成本必然會(huì)越來(lái)越低，必將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于光纖光柵傳感的研究開(kāi)發(fā)已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，如何進(jìn)一步使其商品化、工程化，是這一領(lǐng)域面臨的核心問(wèn)題，加快這個(gè)進(jìn)程對(duì)傳感領(lǐng)域的發(fā)展具有非常重要的意義。歡迎大家致電北京奧普智信光科技術(shù)有限公司，共計(jì)光纖光柵技術(shù)在安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2017-09-05
