光纤传感技术

发布时间:2023-09-25
系统应用分类
光纤传感技术从系统应用分类看,又可以分为 fbg 布喇格光纤光栅传感器和分布式 光纤传感系统两类。
(1)fbg 布喇格光纤光栅传感器 fbg 布喇格光纤光栅除了具备其它光纤传感器的一些优点之外,还有自定标和易于 在同一根光纤内集成多个传感器复用的特点。 fbg 布喇格光栅传感器应用领域较多,如将分布式光纤光栅传感器嵌入材料中形成 智能材料,可对大型构件的载荷、应力、温度和振动等参数进行实时安全监测。光栅也 可以代替其它类型结构的光纤传感器,用于化学、压力和加速度传感中。该光纤光栅传 感器从国外传入较早,至今已有较多应用,其应用方法简单 与电阻式应变片有类似,一根光纤中可制作多个光栅。但本身无温度补偿、一个光 纤光栅长度 60 至 80nm,故测量其中心波长的漂移范围在 2nm 以内,要求高分辨率的设 施,其分辨率要达到 1pm. 所以光纤光栅传感器的数据处理的解调器部分比较昂贵,应 采用一根光纤上用 20 个光栅,才能平均其成本。 光纤光栅在皮带秤上有应用的实例。在测高铁超偏载方面的应用实质上也是称重, 后面有一定的介绍。
(2)分布式光纤传感系统 由于分布式光纤传感系统具有连续、无间断、长距离测量的特点,分布式光纤传感 系统主要应用在桥梁、大坝、石油平台、油罐、大型建筑、钢结构,飞机,轮船,输油 管道,混凝土,锅炉等等的应力应变及温度双参数测量及安全监测系统。分布式光纤传 感系统通常有三种类型:拉曼型、布里渊型和 fbg 布喇格光纤光栅型。【1】 分布式光纤传感系统实际上是光纤传感器最有特色的应用之一。在一根 30 公里甚 9 至更长的光纤上的每一个点都有可能成为一个传感点,测出该点的温度或应变,如西气 东输的管道上有泄漏的点的位置可以自动报告,30 公里上每一检测点的温度变化都可报 告,在建设物联网工程中将发挥其特有的作用,且我们的光纤干涉型传感器可以代替进 口光谱仪,测量分辨率特性还会有进一步的提高
光纤技术在公路车辆动态称重技术的应用
一种《基于光纤光栅的动态称重系统研究》【5】将传感器的敏感元确定为啁啾光栅, 而不是光纤布喇格光栅,用于车辆动态称重系统。传统意义上的光纤布喇格光栅的反射 谱呈正态分布,在利用边缘滤波法解调时只有一段线性范围,并且带宽仅 0.2mm 左右, 因此测量范围有限。而啁啾光栅的带宽较布喇格光栅宽,可达十几个纳米。其啁啾为阶 梯函数,反射谱呈准方形分布。本方案采用两片啁啾光栅,均为传感光栅,一片受拉, 一片受压。当光栅不受力时两片光栅反射谱重合,强度解调得到的光强最小。当光栅受 力,传感光栅的反射谱发生线位移,当位移至两片光栅的反射谱完全分离时,光强最大, 达到检测系统的最大测量范围。
光纤技术在铁路超偏载的应用
列车超偏载和车轮踏面损伤是关系到铁路运输安全性的重中之重。鉴于我国铁路货 12 运安全的考虑,我国铁道部门出台了铁路运行超偏载的规定。武汉理工大学光纤传感技 术国家工程实验室最新推出了一种基于光纤布喇格光栅的铁路线路分布式称重监测系 统。传统的基于电阻应变式称重传感器的使用虽然应用较广泛,但由于现场的电信号难 以满足铁路的严格要求,而 fbg 光纤布喇格光栅传感具有长期监测,精度高,耐腐蚀, 特别是现场无电信号等特点,克服了传统传感器的不足。本方案现场安装无需焊接和钻 孔施工,结构简单,便于维修和更换,不影响列车出的正常运行。结合光纤光栅成熟的 封装技术,使得该系统能长期在恶劣环境下稳定工作。
结束语
本文从光纤技术的原理出发,重点对于光纤技术的应用特点及现状进行了较为详尽 的阐述,并对光纤传感技术在衡器行业的最新应用领域进行了介绍。超高精度、超大测 量范围、长距离多点分布式计量以及高速、抗震动、抗电磁干扰、耐高温是光纤技术潜 在的优势特点。客观地说,光纤传感技术在衡器上的应用(我们称作为“光子秤”)其 现状无论从技术还是应用领域还远远不能满足衡器行业科技创新的实际需求,还有许多 有待研发的课题与开拓的领域如下:
(1)光纤传感称重机理的研究,开拓新型超高精度光纤称重传感器;
(2)光纤传感技术用于称重领域的特殊光纤材料和器件的研究。例如:光纤与保 护层的粘结力工艺,新型称重光纤的研究;
(3)提高光子秤与光纤称重系统的性价比;
(4)优势特征诸如超高精度、超大范围、多点分布式计量等应用领域的进一步拓 展。 在现代高科技发展的时代,我国衡器业紧跟时代潮流,有创新的光荣历史与理论与 实践结合的经验。在国家大力提倡创新发展的形势下,光纤传感技术在称重领域的应用 研究和应用成果势必会得到大力发展和推广,相信我国衡器行业在不远的将来,一定会 不断拿出中国原创的高端光子秤产品走向世界。
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