光纖光柵傳感技術在安全監(jiān)測領域的應用
光纖光柵傳感技術在安全監(jiān)測領域的應用
關鍵詞：光纖光柵、安全監(jiān)測、布喇格波長、傳感網絡、無電測量
光纖傳感無電安全監(jiān)測技術是本世紀興起的前沿應用學科，既用光纖感測信號又用光纖傳輸信號,是目前傳感技術最杰出的代表。是自動檢測的革命性技術。光纖光柵傳感器是一種新型全光纖無源器件，與普通傳感器相比，具有不可比擬的優(yōu)勢和特點。它本質防爆、無電傳感、化學性能穩(wěn)定、傳輸距離遠、可用于對外界參量的絕對測量，這種特性在傳感器領域中引起了革命。其產業(yè)已被國內外公認是最具有發(fā)展前途的高新技術產業(yè)之一，它以技術含量高、經濟效益好、滲透能力強、市場前景廣等特點為世人所矚目。光纖傳感由于其固有的優(yōu)勢必會在不久的將來取代傳統(tǒng)的傳感技術。
圖1 光柵結構示意圖光纖的材料為石英，由芯層和包層組成。通過對芯層摻雜，使芯層折射率n1比包層折射率n2大，形成波導，光就可以在芯層中傳播。當芯層折射率受到周期性調制后，即成為光柵。光柵會對入射的寬帶光進行選擇性反射，反射一個中心波長與芯層折射率調制相位相匹配的窄帶光刺中心波長為布喇格波長。二.光纖光柵傳感基本原理 光柵Bragg 條件: λB= 2nΛ
式中:λB ---Bragg 波長;
n ---光柵的有效折射率,即折射率調制幅度大小的平均效應;
Λ---光柵周期,即折射率調制的空間周期。
當光波傳輸通過FBG時,滿足Bragg 條件的光波將被反射回來,這樣入射光就分成透射光和反射光。FBG的反射波長或透射波長取決于反向耦合模的有效折射率n 和光柵周期Λ,任何使這兩個參量發(fā)生改變的物理過程都將引起光柵Bragg波長的漂移,測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.實際工程應用中光纖光柵傳感系統(tǒng)構成： 光纖光柵傳感系統(tǒng)主要由寬帶光源、光纖光柵傳感器、信號解調等組成。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的輸出功率與穩(wěn)定性, 以滿足傳感系統(tǒng)中多點多參量測量的需要。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現(xiàn)對溫度、應變等物理量的直接測量。由于光纖光柵波長對溫度與應變同時敏感, 即溫度與應變同時引起光纖光柵波長移動, 使得通過測量光纖光柵波長移動無法對溫度與應變加以區(qū)分。因此, 解決交叉敏感問題, 實現(xiàn)溫度和應力的區(qū)分測量是傳感器實用化的前提。目前在光纖光柵傳感系統(tǒng)中常用技術的基本原理都是利用兩根或者兩段具有不同溫度和應變響應靈敏度的光纖光柵構成雙光柵溫度與應變傳感器來確定不同光纖光柵的溫度與應變響應靈敏度系數(shù)確定溫度與應變。
3 、信號解調
在光纖光柵傳感系統(tǒng)中, 光纖光柵信號的解調是該系統(tǒng)的關鍵，主要包括二部分：一部分為光信號處理, 完成光信號波長信息到電信號的轉換，其中傳感器的中心反射波長的分析是解調的關鍵; 另一部分為電信號處理, 完成對電信號的運算處理, 提取外界信息,并以人們熟悉的方式顯示出來。
由此可知，光纖光柵安全監(jiān)測系統(tǒng)采用的是數(shù)字式測量技術，與傳統(tǒng)測量技術相比，具有更高的穩(wěn)定性和安全性。
光纖光柵系統(tǒng)結構示意圖 （1） 光纖光柵網絡系統(tǒng)： 該系統(tǒng)的功能是通過光纜將多個探頭串接起來，并構成傳感器矩陣，形成傳感器網絡。
（2） 光纖通訊傳輸網絡：
不同位置的監(jiān)測點可以使用光纜直接將傳輸信號引入中心監(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信號處理器以及計算機軟件構成，信號處理器系統(tǒng)功能包括系統(tǒng)的信息收集、處理和傳送，計算機軟件系統(tǒng)包括信息處理、分析、傳送、儲存管理、預警、報警功能。
- 在水利行業(yè)的安全實時監(jiān)測
| 以此為基礎構建了“差定溫火災探測報警系統(tǒng)”、“光纖光柵節(jié)能溫控系統(tǒng)”、“光纖光柵滲壓液位監(jiān)測系統(tǒng)”、“光纖光柵大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)”等，主要應用于各行業(yè)的應力、應變、滲壓液位及溫度測量。 |
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光纖光柵滲壓液位監(jiān)測系統(tǒng)2.電力行業(yè)的安全實時監(jiān)測 
3.大型民用工程的結構健康監(jiān)測 
石油、天然氣輸送管線或儲罐泄漏監(jiān)測 、油庫、油管、油罐的溫度監(jiān)測及故障點的監(jiān)測 。 
七.結論 光纖光柵傳感器具有非常獨特的技術優(yōu)勢，隨著其產業(yè)的發(fā)展，成本必然會越來越低，必將發(fā)揮越來越重要的作用。目前國內對于光纖光柵傳感的研究開發(fā)已經取得了一定的成績，如何進一步使其商品化、工程化，是這一領域面臨的核心問題，加快這個進程對傳感領域的發(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有限公司，共計光纖光柵技術在安全監(jiān)測領域的應用。
編輯：admin 最后修改時間：2017-09-05
