分布式光纖傳感器的特點和應(yīng)用

2019年11月21日 分類:技術(shù)解答

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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,英文簡稱FOS。在現(xiàn)代社會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)開發(fā)出各種光纖傳感器,常見有溫度、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外部環(huán)境變化來實現(xiàn)監(jiān)測。光纖傳感器的工作過程是當(dāng)入射光源由光纖傳輸送至調(diào)制器,光參數(shù)因為外界被測參數(shù)改變而變化成為被調(diào)制的光信息,然后由光電檢測器件來檢測調(diào)制的光信號,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)展和實踐應(yīng)用也在不斷的深入當(dāng)中。目前,對于堤壩形變、溫度監(jiān)測的探索和研究正在深入當(dāng)中,但這些研究常為點式的監(jiān)測,并且各個傳感器之間的距離很大,有些地方定位不到等情況,因此,不能實現(xiàn)及時、有效的預(yù)警能力。工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測或測試系統(tǒng)對于評估局部破裂或損傷,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,在長期使用和重復(fù)性方面具有優(yōu)勢,因此,光纖傳感器已經(jīng)開始用于工程建筑的安全監(jiān)測。

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

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

②間接測量是將光纖布設(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,通過檢測光纖上的應(yīng)變、溫度間接得到被監(jiān)測物的形變和溫度。間接測量法可以進(jìn)行長期的監(jiān)測,但是要設(shè)計專門的支撐結(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)勢特點,而且還具有分布式、長距離監(jiān)測等特點,該類傳感器目前主要用于監(jiān)測溫度和應(yīng)
變。具體的應(yīng)用為以下四個方面:

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,如抗干擾能力不強,難以實現(xiàn)現(xiàn)場非電、遠(yuǎn)程分布式、大范圍監(jiān)控等缺點。因此,光纖傳感技術(shù)成為這些大型工程安全監(jiān)測的首選傳感器。

②油氣、管道方面。

輸送管道或儲藏罐的泄漏監(jiān)測以及溫度監(jiān)測及故障點的定位檢測。

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)變測試,大型建筑物的結(jié)構(gòu)位移、應(yīng)變監(jiān)測及預(yù)警等。

 

光纖傳感器的優(yōu)點

 

光纖傳感器具有靈敏度高,抗干擾,體積小,重量輕,動態(tài)范圍大,易于實現(xiàn)系統(tǒng)的遙測和控制等特點,可用于惡劣、高危環(huán)境的監(jiān)測。
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出現(xiàn)電路安全問題。由于光纖傳感器不吸收電磁輻射,所以輻射不會導(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)生光信號由光纖傳導(dǎo)激勵光源,無需電源,即使在惡劣的環(huán)境下也不會產(chǎn)生電路等引起安全問題。

③光纖元件本身既是探測元件又是傳輸元件,能夠?qū)崿F(xiàn)遙測功能,被測物體可以離傳感器有一定的距離,并且光纖傳感器測量范圍大,令人滿意的精度,標(biāo)定的簡化等。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。

 

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