光纖傳感器的原理和應(yīng)用領(lǐng)域

光纖傳感器的英文全稱是Fiber Optical Sensor，英文簡(jiǎn)稱FOS。在現(xiàn)代社會(huì)的很多方面都有著廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展前途，在一些相關(guān)的領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)發(fā)出各種光纖傳感器，常見(jiàn)有溫度、應(yīng)變、壓力、液位、氣體、光纖陀螺等傳感器。光纖傳感器是利用光纖中傳輸?shù)墓獠ǜ袦y(cè)外部環(huán)境變化來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。光纖傳感器的工作過(guò)程是當(dāng)入射光源由光纖傳輸送至調(diào)制器，光參數(shù)因?yàn)橥饨绫粶y(cè)參數(shù)改變而變化成為被調(diào)制的光信息，然后由光電檢測(cè)器件來(lái)檢測(cè)調(diào)制的光信號(hào)，經(jīng)解調(diào)器后獲得外界參數(shù)。

分布式光纖傳感技術(shù)

分布式光纖傳感器并作為一門迅猛崛起的高新傳感技術(shù)，光纖傳感器的理論發(fā)展和實(shí)踐應(yīng)用也在不斷的深入當(dāng)中。目前，對(duì)于堤壩形變、溫度監(jiān)測(cè)的探索和研究正在深入當(dāng)中，但這些研究常為點(diǎn)式的監(jiān)測(cè)，并且各個(gè)傳感器之間的距離很大，有些地方定位不到等情況，因此，不能實(shí)現(xiàn)及時(shí)、有效的預(yù)警能力。工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)或測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于評(píng)估局部破裂或損傷，確保結(jié)構(gòu)的完整性，有一些傳統(tǒng)的非破壞性的方法，如電磁法，聲發(fā)射法，穿透地面雷達(dá)系統(tǒng)，用插入?yún)⒖茧姌O的侵蝕監(jiān)測(cè)等。這些傳統(tǒng)的診斷方法容易受到電磁干涉的影響，在靈敏度和重復(fù)性方面有缺陷。相比之下，由于光纖傳感器不受電磁干擾、抗潮濕、看侵蝕，在長(zhǎng)期使用和重復(fù)性方面具有優(yōu)勢(shì)，因此，光纖傳感器已經(jīng)開(kāi)始用于工程建筑的安全監(jiān)測(cè)。

分布式光纖傳感技術(shù)可以根據(jù)想要監(jiān)測(cè)的目標(biāo)，采用直接測(cè)量方式或間接測(cè)量方式來(lái)對(duì)堤防進(jìn)行監(jiān)測(cè)：

①直接測(cè)量是將光纖直接布設(shè)于被監(jiān)測(cè)物體內(nèi)，光纖隨著被監(jiān)測(cè)物的形變、溫度的變化，得到應(yīng)變、溫度信息即為被監(jiān)測(cè)物的應(yīng)變情況及溫度分布。直接測(cè)量法可以有效的對(duì)堤壩的險(xiǎn)情進(jìn)行預(yù)警，但是不利于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

②間接測(cè)量是將光纖布設(shè)在一定支撐結(jié)構(gòu)上或使用光纖傳感器探頭，被監(jiān)測(cè)物的形變、溫度轉(zhuǎn)化為支撐結(jié)構(gòu)或傳感器的相應(yīng)參數(shù)變化量，再轉(zhuǎn)化為光纖的應(yīng)變、溫度，通過(guò)檢測(cè)光纖上的應(yīng)變、溫度間接得到被監(jiān)測(cè)物的形變和溫度。間接測(cè)量法可以進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，但是要設(shè)計(jì)專門的支撐結(jié)構(gòu)，并且要求所用的支撐結(jié)構(gòu)或傳感器的變化量與光纖的應(yīng)變、溫度有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

分布式光纖傳感器的應(yīng)用

分布式光纖傳感器不僅具有光纖傳感器的相關(guān)優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，而且還具有分布式、長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，該類傳感器目前主要用于監(jiān)測(cè)溫度和應(yīng)
變。具體的應(yīng)用為以下四個(gè)方面：

①隧道、橋梁方面。由于傳統(tǒng)的傳感技術(shù)已經(jīng)暴露出它們的劣勢(shì)，如抗干擾能力不強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)非電、遠(yuǎn)程分布式、大范圍監(jiān)控等缺點(diǎn)。因此，光纖傳感技術(shù)成為這些大型工程安全監(jiān)測(cè)的首選傳感器。

②油氣、管道方面。

輸送管道或儲(chǔ)藏罐的泄漏監(jiān)測(cè)以及溫度監(jiān)測(cè)及故障點(diǎn)的定位檢測(cè)。

③電力、電廠方面。

電纜電線表面溫度監(jiān)控、定位，發(fā)電廠和變電站的火情監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

④水利土木工程方面。大壩、堤防、堤壩、邊坡的溫度、應(yīng)變測(cè)試，大型建筑物的結(jié)構(gòu)位移、應(yīng)變監(jiān)測(cè)及預(yù)警等。

光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)

光纖傳感器具有靈敏度高，抗干擾，體積小，重量輕，動(dòng)態(tài)范圍大，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遙測(cè)和控制等特點(diǎn)，可用于惡劣、高危環(huán)境的監(jiān)測(cè)。
具體表現(xiàn)為：

①光纖傳感器的電絕緣性使得傳感探頭不會(huì)出現(xiàn)電路安全問(wèn)題。由于光纖傳感器不吸收電磁輻射，所以輻射不會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)讀數(shù)混
亂現(xiàn)象。

②光纖傳感器具有集成化、尺寸小，大部分的光纖傳感器產(chǎn)生光信號(hào)由光纖傳導(dǎo)激勵(lì)光源，無(wú)需電源，即使在惡劣的環(huán)境下也不會(huì)產(chǎn)生電路等引起安全問(wèn)題。

③光纖元件本身既是探測(cè)元件又是傳輸元件，能夠?qū)崿F(xiàn)遙測(cè)功能，被測(cè)物體可以離傳感器有一定的距離，并且光纖傳感器測(cè)量范圍大，令人滿意的精度，標(biāo)定的簡(jiǎn)化等。光纖傳感器根據(jù)不同分類方式，可以分成不同的傳感器類型，并且各自也呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。

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