(完整版)光纤光栅传感器的应用
光纤光栅的工作原理和应用
光纤光栅的工作原理和应用1. 光纤光栅的简介光纤光栅是一种应用于光纤传感领域的重要器件，它利用光纤中特殊结构的光栅来实现对光信号的调制和传感。
光纤光栅通过改变光纤中的折射率或光栅的周期来实现对光信号的调制，从而实现光纤传感的功能。
光纤光栅具有体积小、可靠性高、抗干扰能力强等优点，在许多领域有着广泛的应用。
2. 光纤光栅的工作原理光纤光栅的工作原理基于光栅的衍射效应和光纤中的模式耦合效应。
2.1 光栅的衍射效应光纤光栅中的光栅是由周期性变化的折射率组成的。
当光信号经过光栅时，会发生衍射现象。
根据光栅的周期，光信号将按照一定的规律分散成多个衍射光束。
通过控制光栅的周期，可以实现对光信号的调制。
2.2 光纤中的模式耦合效应在光纤中，光信号可以以不同的模式传播，例如基模和高阶模。
当光信号经过光栅时，不同模式的光信号会发生模式耦合现象。
通过改变光栅的折射率或周期，可以实现对不同模式光信号的调制和耦合。
3. 光纤光栅的应用光纤光栅在光纤传感、光通信和光子器件等领域有着广泛的应用。
3.1 光纤传感光纤光栅作为一种重要的传感器器件，可以实现对温度、压力、应变等物理量的测量。
通过改变光栅的折射率或周期，可以实现对光信号的调制，从而实现对物理量的传感。
光纤光栅传感器具有高灵敏度、远程测量和抗干扰能力强等优点，在工程领域有着广泛的应用。
3.2 光通信光纤光栅在光通信领域有着重要的应用。
通过改变光栅的折射率或周期，可以实现对光信号的调制和耦合。
利用光纤光栅可以实现光信号的分波、波长选择、增益均衡等功能，从而提高光通信系统的性能和可靠性。
3.3 光子器件光纤光栅作为一种重要的光子器件，可以实现对光信号的调制和控制。
通过改变光栅的折射率或周期，可以实现对光信号的调制和滤波功能。
光纤光栅滤波器、光纤光栅耦合器等器件在光子器件领域有着广泛的应用。
4. 总结光纤光栅作为一种重要的光纤传感器器件，具有体积小、可靠性高、抗干扰能力强等优点，在光纤传感、光通信和光子器件等领域有着广泛的应用。
光纤光栅传感器的应用
光纤光栅传感器的应用光纤布拉格光栅传感器的应用1。
光纤光栅传感器的优点与传统传感器相比，光纤光栅传感器有其独特的优点:(1)传感头结构简单，体积小，重量轻，形状可变，适合嵌入大型结构中，能够测量结构内部的应力、应变和结构损伤，具有良好的稳定性和重复性；(2)与光纤自然兼容，易于与光纤连接，损耗低，光谱特性好，可靠性高；(3)不导电，对被测介质影响小，具有耐腐蚀和抗电磁干扰的特点，适合在恶劣环境下工作；(4)轻便灵活，可在一根光纤中写入多个光栅组成传感阵列，结合波分复用和时分复用系统实现分布式传感；(5)测量信息为波长编码，因此光纤光栅传感器不受光源光强波动、光纤连接和耦合损耗以及光波偏振态变化的影响，抗干扰能力强。
(6)高灵敏度和分辨率正是因为它的许多优点。
近年来，光纤光栅传感器已经广泛应用于大型土木工程结构、航空航天等领域的健康监测，以及能源和化工等领域。
光纤光栅传感器无疑是一种优秀的光纤传感器，特别是在测量应力和应变的情况下，具有其他传感器无法比拟的优势。
它被认为是智能结构中最有前途的集成在材料内部的传感器，作为监测材料和结构的载荷和检测其损伤的传感器。
2，光纤光栅的传感应用1，在土木和水利工程中的应用土木工程中的结构监测是光纤光栅传感器应用最活跃的领域力学参数的测量对于桥梁、矿山、隧道、大坝、建筑物等的维护和健康监测非常重要。
通过测量上述结构的应变分布，可以预测结构的局部载荷和健康状况。
光纤布拉格光栅传感器可以预先附着在结构表面或嵌入结构中，同时对结构进行健康检测、冲击检测、形状控制和减振检测，监测结构的缺陷。
另外，多个光纤光栅传感器可以串联成传感网络，对结构进行准分布式检测，传感信号可以由计算机远程控制(1)在桥梁安全监测中的应用目前，光纤光栅传感器应用最广泛的领域是桥梁安全监测斜拉桥的斜拉索、悬索桥的主缆和吊杆、系杆拱桥的系杆是这些桥梁体系的关键受力构件，其他土木工程结构的预应力锚固系统，如用于结构加固的锚索和锚杆，也是关键受力构件上述受力构件的应力大小和分布变化最直接地反映了结构的健康状况，因此监测这些构件的应力状态并以此为基础进行安全分析和评价具有重要意义。
光纤光栅检测技术应用综述
光纤光栅检测技术应用综述
光纤光栅检测技术是一种基于光纤光栅的传感技术。
光纤光栅是一种在光纤中形成一
定周期的折射率或反射率变化的微观结构。
通过改变光纤的折射率分布，可以实现对物理
量的测量。
光纤光栅检测技术广泛应用于光纤通信、工业监测、航空航天、国防安全、医疗诊断
和环境监测等领域。
以下是它的几个具体应用：
1. 光纤声波传感器
光纤声波传感器是使用光纤光栅探测声音。
当声音通过物体时，会产生微弱的应力波，这些应力波会形成微小的光纤的形状变化。
利用光纤光栅检测这种形状变化，可以测量声
波的特征。
光纤声波传感器有广泛的应用。
在医疗领域，它可用于监测心脏和动脉疾病。
在环境
监测领域，它可用于监测地震和海啸。
在工业监测领域，它可用于测量汽车引擎和机器振动。
光纤应力传感器在航空航天、工业监测和地震监测等领域有广泛的应用。
它可以用于
测量飞行器和船舶结构、汽车零件的变形以及大型机器的应力。
光纤温度传感器是通过测量光纤光栅的波长来测量温度的传感器。
当温度变化时，光
纤光栅的折射率随之改变，从而改变其反射波的波长。
综上所述，光纤光栅检测技术是一种功能强大、应用广泛的传感技术。
在未来，我们
可以期待更多的应用来发现这项技术的潜力。
光纤光栅传感技术与工程应用研究共3篇
光纤光栅传感技术与工程应用研究共3篇光纤光栅传感技术与工程应用研究1光纤光栅传感技术与工程应用研究光纤光栅传感技术是一种重要的光学测量技术，有着广泛的应用领域。
本文将对光纤光栅传感技术的原理、发展现状、应用场景以及工程应用研究进行探讨。
一、光纤光栅传感技术的原理光纤光栅传感技术是一种基于光纤和光栅原理的测量技术。
它可以通过光纤上的一系列微小光学反射镜对光信号进行处理，将信号转换为电信号输出后，再加以分析。
光纤光栅传感技术主要包括光纤光栅模式（FBG）传感技术和长周期光纤光栅传感技术。
二、光纤光栅传感技术的发展现状近年来，光纤光栅传感技术在光学测量领域得到了广泛的应用。
目前，光纤光栅传感技术的发展呈现出以下几个趋势：1、研究对象普遍化。
光纤光栅传感技术不仅用于研究物理量，还可用于研究化学量和生物量等领域。
研究对象的普遍化拓宽了应用范围，使其更加广泛。
2、研究手段趋于多样化。
目前，光纤光栅传感技术在光学测量领域不仅可以使用光方法进行研究，还可以使用激光、声波等多种手段进行研究。
通过多种方式的研究，光纤光栅传感技术在不同研究场合下的应用效果均能得到充分的发挥。
三、光纤光栅传感技术的应用场景在光学测量领域中，光纤光栅传感技术常常被应用于以下几个场景：1、温度测量。
通过在光纤上安装光纤光栅，可以测量两个光纤光栅之间的长度差，从而得到物体的温度。
2、应力测量。
光纤光栅传感技术可以通过测量光纤的弯曲程度，得到物体的应力情况。
3、矿用传感。
在地下煤矿中，可以通过利用FBG光纤传感技术来监测岩石的应力变化，预防矿山灾害的发生。
4、流体探测。
在航天器中，利用光纤光栅传感技术来监测流体的液位和流量，能够保证物质交流的正常运行。
四、工程应用研究光纤光栅传感技术在工程中的应用已经得到了广泛的关注。
在建筑工程中，光纤光栅传感技术可以应用于结构物的安全监测和健康诊断。
在交通运输工程中，光纤光栅传感技术可以应用于汽车、火车、飞机等交通工具的安全监测和诊断。
光纤光栅传感器
温度传感
温度传感
光纤光栅传感器能够实时监测温度变化，广 泛应用于电力、能源、环保等领域的温度监 控。通过将光纤光栅传感器安装在发热设备 或热流通道中，可以实时监测温度，实现设 备的预防性维护和安全控制。
温度传感特点
光纤光栅传感器具有测温范围广、响应速度 快、精度高、稳定性好等特点，能够实现高 精度的温度测量和实时监测。
航空航天
用于监测飞机和航天器的结构健康状况，如机翼、 机身等关键部位的温度、应变和振动等参数。
智能交通
用于监测高速公路、桥梁和隧道等基础设施的结 构健康状况，以及车辆速度、流量等交通参数。
06 光纤光栅传感器与其他传 感器的比较
电容式传感器
总结词
电容式传感器利用电场感应原理，通过测量电容器极板 间距离的变化来检测位移或形变。
分布式测量
长距离传输
光纤光栅传感器可以实现分布式测量，即 在同一条光纤上布置多个光栅，实现对多 点同时监测。
光纤光栅传感器以光纤为传输媒介，可实 现远距离信号传输，适用于长距离、大规 模监测系统。
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抗电磁干扰
光纤光栅传感器采用光信号传输，不 受电磁干扰的影响，特别适合在强电 磁场环境下工作。这使得光纤光栅传 感器在电力、航空航天、军事等领域 具有广泛的应用前景。
光纤光栅传感器的抗电磁干扰特性使 其在复杂环境中能够稳定工作，提高 了测量的可靠性和准确性。
耐腐蚀与高温
光纤光栅传感器采用石英光纤作为传输介质，具有优良的化 学稳定性和耐腐蚀性，能够在恶劣的化学环境下正常工作。 同时，石英光纤的熔点高达1700℃，使得光纤光栅传感器能 够在高温环境下进行测量。
光纤光栅传感器
光纤传感器原理及应用技术
光纤传感器原理及应用技术光纤传感器是一种基于光学原理进行测量和检测的传感器，它通过利用光纤的特性，将光信号转换为电信号，实现对被测量物理量的测量。
光纤传感器具有高精度、即时响应、抗干扰能力强等优点，在许多领域得到了广泛的应用。
光纤传感器的原理是基于光的传播和反射原理。
光纤是一种由光纤芯和包覆层组成的细长材料，光信号在光纤芯内由于全反射而传输。
当外部环境发生变化时，比如温度、压力、湿度等物理量发生变化时，会引起光纤芯的折射率发生变化，进而改变光信号传播的特性，通过对光信号的检测和分析，可以得到被测物理量的信息。
1.光纤光栅传感器：光纤光栅传感器是一种利用光纤中的光栅结构实现测量的技术。
当外界物理量作用于光栅上时，光栅的折射率、光栅常数等参数会改变，进而改变光纤中光信号的传播特性。
利用对光信号的分析，可以实现对温度、压力、应变等物理量的测量。
光纤光栅传感器具有高精度、远距离传输、抗干扰能力强等优势，在工业、航空航天、环境监测等领域得到广泛应用。
2.光纤光耦合传感器：光纤光耦合传感器是一种利用光纤与被测物之间的光耦合效应实现测量的技术。
光纤输入端将光源发出的光信号通过总反射等机制输入到被测物上，在被测物上发生反射、散射等光学效应后，再传回到光纤输出端。
通过对光信号的分析，可以得到被测物的信息，如距离、位置、形变等。
光纤光耦合传感器可以实现远距离测量、抗干扰能力强等优点，广泛应用于机械制造、机器人、石油勘探等领域。
3. 光纤陀螺仪：光纤陀螺仪是一种利用光学运动学原理实现姿态变化测量的传感器。
光纤陀螺仪利用光纤中的Sagnac效应，在光纤环结构中通过激光的传播过程实现对旋转加速度和角速度的测量。
光纤陀螺仪具有无惯性元件、高精度、稳定性好等优点，在惯导、导航、航空航天等领域得到广泛应用。
总之，光纤传感器以其高精度、远距离传输、抗干扰能力强等优点，在物理量测量领域得到了广泛的应用。
随着光学技术的不断发展，光纤传感器的性能会不断提升，应用领域也会不断拓展。
光纤光栅传感器的研究与应用
光纤光栅传感器的研究与应用0 引言近年来。
随着光纤通信技术向着超高速、大容量通信系统的方向发展，以及逐步向全光网络的演进．在光通信迅猛发展的带动下，光纤光栅光纤光栅已成为发展最为迅速的光纤无光源器件之一。
光纤在紫外光强激光照射下，利用光纤纤芯的光敏感特性．光纤的折射率折射率将随光强的空间分布发生相应的变化。
这样，在光纤轴向上就会形成周期性的折射率波动，即为光纤光栅。
由于光纤光栅具有高灵敏度、低损耗、易制作、性能稳定可靠、易与系统及其它光纤器件连接等优点，因而在光通信、光纤传感等领域得到了广泛应用。
为此。
本文从光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅等光纤光栅的原理出发，综述了光纤布拉格光栅对温度、应变同时测量技术的应用。
1 光纤传感器传感器的工作原理1．1 光纤光栅传感器的结构光纤布拉格光栅FBG于1978年发明问世。
它利用硅光纤的紫外光敏性写入光纤芯内，从而在光纤上形成周期性的光栅，故称为光纤光栅。
图l所示是其光纤光栅传感器的典型结构。
在图1所示的光纤光栅传感器结构中，光源为宽谱光源且有足够大的功率，以保证光栅反射信号良好的信噪比。
一般选用侧面发光二极管ELED的原因是其耦合进单模光纤的光功率至少为50～100 μW。
而当被测温度或压力加在光纤光栅上时。
由光纤光栅反射回的光信号可通过3 dB光纤定向耦合器送到波长鉴别器或波长分析器，然后通过光探测器进行光电转换，最后由计算机进行分析、储存，并按用户规定的格式在计算机上显示出被测量的大小。
光纤光栅除了具备光纤传感器的全部优点外．还具有在一根光纤内集成多个传感器复用的特点，并可实现多点测量功能。
1．2 光纤布拉格光栅原理光纤布拉格光栅通常满足布拉格条件式中，λB为Bragg波长，n为有效折射率，A为光栅周期。
当作用于光纤光栅的被测物理量(如温度、应力等)发生变化时，会引起n和A的相应改变，从而导致λB的漂移；反过来，通过检测λB的漂移。
光纤光栅传感器在桥梁工程中的应用
2 光纤光栅传感器在桥梁工程中的应用自光纤光栅传感器于1990 年首次埋入环氧纤维复合材料中以及1992 年首次埋入混凝土梁中以来,大量在桥梁、水坝、管线、隧道、矿厂、核存储容器、天然气压力罐、建筑物以及道路等基础结构的力学参数测量、状态监测中得到应用。
其中,应用光纤光栅传感器最多的领域之一当数桥梁结构的健康监测。
1993 年, 加拿大卡尔加里的Beddington trail 大桥首先使用了光纤光栅进行应力测量并用此方法长期监测桥梁结构[3 ] 。
该桥是一座两跨三车道的铁路桥, 这座桥使用了26 片预制的预应力混凝土梁, 其中6 片使用了两种CFRP 材料, 一种是日本东京一家缆索制造有限公司生产的碳纤维复合材料筋, 简称为CFCC;一种是日本的Mitsubishi 化学制品公司生产的碳纤维增强导杆, 简称为CFLR。
其他的预应力筋采用普通钢绞线。
如图2 所示, 18 个光纤光栅传感器被安装在这3 种不同类型的预应力筋的各个部位上。
在安装光纤光栅传感器的时候, 研究人员遇到了一个非常棘手的问题, 那就是如何在混凝土浇筑和振捣时不破坏图2 光纤光栅传感器在Beddington trail 大桥上的位置传感器和光缆。
此外, 为了防止光纤受潮气和碱性环境的腐蚀, 还必须使用特殊的套索, 这样还可以减少缩裂与微弯作用, 这两种作用都会影响光纤的整体性, 还会导致光信号强度的减弱。
浇筑混凝土时, 必须用振捣棒不停地振捣混凝土, 使混凝土在密集的钢筋笼中均匀分布, 同时必须合理选择光缆的布置路线, 避免光缆在振捣过程中被损坏。
光缆沿着钢筋被引入一个接线盒内, 这个接线盒被螺栓固定在模板内侧。
在混凝土蒸气养护之前, 接线盒一定要密封, 以避免光缆变脆, 这一点非常重要。
如图3 所示, 安装在该桥中的光纤光栅传感器不仅实现了对3 种预应力筋性能的监测和比较, 对混凝土的状态和性能的长期评估,还实现了对交通中的极限荷载以及桥梁荷载历史的监测。
(完整版)光纤光栅温度传感器
应用前景
光纤光栅具有耐腐蚀、防水、抗电磁干扰、集传感与传输 于一体、易 于埋到材料内部；
具有波长分离能力强、长期稳定性好、传感准确度和灵敏度极高；
可实现远距离和分布式传感，易于集成分布传感网络系统；
可广泛应用于航空航天、土木工程、复合材料、石油化工等领域；
对工程结构的应力、应变、温度，以及结构蠕变、裂缝、整体性等结构 参数的实时在线监测，实现对结构内多目标信息的监控和提取；
依据安装环境定制各种不同用途的传感器，实现多参量多、远距离、同
一仪器监测的“物联网”技术。
传感器出厂时对应唯T0 一的温度系数 T ；传感器安装后记录环境初始温度
和传感T0 器初始波长值 ，并将T0该温度值及初始波长值记录于解调仪作为起 始值。今后传感器每一个波长值对应环境一个温度值。
温度传感器技术数据
温度监测：
光纤光栅温度传感器置于被测环境中，监测环境 温度的变化，并对预设温度极限进行报警。
❖ 电力方面 电力电缆的表面温度检测监控、事故点定位 电缆隧道、夹层的火情监测 发电厂和变电站的温度监测、故障点的检测和火灾报警 （原理：高压线等腐蚀点、接触不良故障点由于电阻偏大，温度异常）
❖ 水利土木方面 大坝、河堤的渗漏（渗漏点温度异常） 大坝、河堤、桥梁的混凝土凝固与养护温度
工程案例
❖ 国家游泳中心—水立方 ❖ 胜利油田CB32A海洋平台 ❖ 秦皇岛热电厂开关柜温度监测 ❖ 安钢动力厂电缆温度监测系统 ❖ 中石油新疆独山子/塔里木石化油罐群感温火灾
温度/℃
温度曲线
100
y = 26.847x - 41204
光纤光栅应变传感器的研制及应用
光纤光栅应变传感器的研制及应用一、本文概述光纤光栅应变传感器，作为一种新型的光纤传感器技术，近年来在多个领域展现出了广阔的应用前景。
本文将全面探讨光纤光栅应变传感器的研制过程、技术原理、性能特点以及在多个领域的应用实践。
文章首先将对光纤光栅应变传感器的基本概念进行介绍，阐述其相较于传统应变传感器的优势与特点。
随后，将详细介绍光纤光栅应变传感器的研制过程，包括其设计思路、制作工艺、封装技术等关键环节。
文章还将对光纤光栅应变传感器的性能进行全面分析，包括其灵敏度、测量范围、稳定性等关键指标。
在应用实践部分，本文将重点介绍光纤光栅应变传感器在土木工程结构健康监测、航空航天器结构应变测量、以及智能材料与结构健康监测等领域的应用案例，展示其在实际工程中的应用效果与潜力。
通过本文的阐述，旨在为读者提供光纤光栅应变传感器研制及应用方面的全面、深入的理解，为其在相关领域的研究与应用提供有益的参考与借鉴。
二、光纤光栅应变传感器的基本原理光纤光栅应变传感器是一种基于光纤光栅效应的高精度测量设备。
其基本原理是，当一束特定波长的光波在光纤中传播时，由于光纤内部的光栅结构，光波会发生反射，形成特定的光栅光谱。
当光纤受到外部应变作用时，光栅结构会发生变化，进而引起光栅光谱的波长移动。
这种波长移动与应变成线性关系，通过精确测量波长移动量，就可以推算出光纤所受的应变大小。
光纤光栅应变传感器具有灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，因此在工程结构健康监测、航空航天、桥梁隧道安全检测等领域有广泛的应用前景。
同时，随着光纤光栅制作技术和解调技术的不断发展，光纤光栅应变传感器的测量精度和稳定性也在不断提高，为各类复杂工程结构的安全监测提供了有力的技术支持。
三、光纤光栅应变传感器的设计与制造光纤光栅应变传感器的设计与制造是确保传感器性能稳定和精确的关键环节。
在设计阶段，我们需要充分考虑应变传感器的实际应用环境和需求，如温度、压力、湿度等环境因素，以及测量精度、响应速度、稳定性等性能要求。
光纤光栅传感器的工作原理和应用实例
光纤光栅传感器的工作原理和应用实例一、本文概述光纤光栅传感器作为一种先进的光学传感器，近年来在多个领域中都得到了广泛的应用。
本文旨在全面介绍光纤光栅传感器的工作原理及其在各领域中的应用实例。
我们将详细阐述光纤光栅传感器的基本原理，包括其结构、光学特性以及如何实现传感功能。
接着，我们将通过一系列应用实例，展示光纤光栅传感器在结构健康监测、温度测量、压力传感以及安全防护等领域的实际应用。
通过本文的阅读，读者将能够对光纤光栅传感器有一个全面深入的了解，并理解其在现代科技中的重要地位。
二、光纤光栅传感器的基本概念和原理光纤光栅传感器，也被称为光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）传感器，是一种基于光纤光栅技术的传感元件。
其基本概念源于光纤中的光栅效应，即当光在光纤中传播时，遇到周期性折射率变化的结构（即光栅），会发生特定波长的反射或透射。
光纤光栅传感器的工作原理基于光纤中的光栅对光的反射作用。
在制造过程中，通过在光纤芯部形成周期性的折射率变化，即形成光栅，当入射光满足布拉格条件时，即入射光的波长等于光栅周期的两倍与光纤有效折射率的乘积时，该波长的光将被反射回来。
当外界环境（如温度、压力、应变等）发生变化时，光纤光栅的周期或折射率会发生变化，从而改变反射光的波长，通过对这些波长变化的检测和分析，就可以实现对环境参数的测量。
光纤光栅传感器具有许多独特的优点，如抗电磁干扰、灵敏度高、测量范围大、响应速度快、能够实现分布式测量等。
这使得它在许多领域，如结构健康监测、航空航天、石油化工、环境监测、医疗设备、智能交通等，都有广泛的应用前景。
光纤光栅传感器的工作原理决定了其可以通过测量光栅反射光的波长变化来感知外界环境的变化。
因此，在实际应用中，通常需要将光纤光栅传感器与光谱分析仪、解调器等设备配合使用，以实现对环境参数的精确测量。
光纤光栅传感器的基本概念和原理为其在各种应用场景中的广泛应用提供了坚实的基础。
光纤光栅传感技术与工程应用研究共3篇
光纤光栅传感技术与工程应用研究共3篇光纤光栅传感技术与工程应用研究1光纤光栅传感技术是一种基于光纤光栅的传感方法，该方法可以实现对多种物理量的测量和监测，在工业控制、环境监测、航空航天等领域具有广泛的应用。
一、光纤光栅传感技术的基本原理光纤光栅传感技术是基于光纤光栅的干涉原理实现的，其基本结构包括一个光纤光栅和一个光源。
光源经过光纤光栅后，会被反射回来，并与入射光进行干涉，产生干涉图案。
通过对干涉图案进行分析，可以得到与被测量物理量相关的干涉模式，从而实现对物理量的测量和监测。
二、光纤光栅传感技术的特点光纤光栅传感技术具有以下特点：1. 高灵敏度：光纤光栅传感技术具有高灵敏度和高分辨率的特点，能够实现对微小变化的测量和监测。
2. 高可靠性：由于光纤光栅传感技术采用光学传输信号，避免了传统电学测量系统中电磁波干扰等问题，因此具有高可靠性。
3. 高精度：光纤光栅传感技术精度高，能够实现对物理量的精确测量和监测，能够满足工业控制和科学研究的要求。
4. 无须外部电力供应：光纤光栅传感技术可以通过光纤传输信号，无须外部电力供应，避免了传统测量系统中复杂的电路和电源设计。
三、光纤光栅传感技术的工程应用研究1. 工业控制领域：光纤光栅传感技术可以实现对温度、压力、振动等物理量的测量和监测，广泛应用于机械加工、化工等行业的工业控制中。
在机械加工中，光纤光栅传感技术可以实现对数控机床的精确定位、运动速度的监测等。
在化工行业中，光纤光栅可以实现对管道压力、流量等的测量和监测。
2. 油气勘探领域：光纤光栅传感技术可以实现对石油和天然气井的测量和监测，包括温度、压力、流量等多种物理量。
该技术对于提高石油和天然气的产出率、降低开采成本等具有重要的作用。
3. 环境监测领域：光纤光栅传感技术可以实现对环境参数的测量和监测，包括温度、湿度、气体等多种物理量。
在环境监测领域中，光纤光栅传感技术可以用于城市建设、农业生产、气象预报等多个方面。
光纤光栅传感器的应用_詹亚歌
光纤光栅传感器的应用*詹亚歌向世清 方祖捷 王向朝(中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学实验室 上海 201800)摘 要 在光纤传感领域,光纤光栅传感技术是十多年来发展最为迅速的技术之一,传感系统本身和应用领域均有了很大发展.文章介绍了光纤光栅的结构、性能以及传感的原理,回顾了光纤光栅传感器在地球动力学、航天器及船舶航运、民用工程结构、电力工业、医学、和化学传感中的应用.关键词 光纤光栅,中心波长,光纤光栅传感器Progress in applications and developing prospectof in fiber Bragg grating sensorsZHAN Ya Ge XIANG Shi Q ing FANG Zu Jie WAN G Xiang Zhao(Shanghai I nstitute o f Op tics and Fin e Me chanic s,Chinese A ca d emy o f Scien ces,S han ghai 201800,China )Abstract In f iber Bragg grating (FBG)sensor technology has bec ome one of the most important develop ments of this decade in the field of opt ical f iber sensors.Rapid progress has been made in both sensor system developments and applicat ions in recent years.The st ructure and propert ies of the fiber Bragg grating and the principle of the fiber Bragg sensor are first described,followed by a review of recent progress in applicat ions of FBG sensors in geodynamics,large composite and concret e st ructures,aircraft and vehicles,the electrical pow er industry,medicine,and chemical sensing.Key words fiber grating,cent er wavelength,f iber grat ing sensor* 上海市科学技术委员会专项基金(批准号:011661081)资助项目2003-04-15收到初稿,2003-06-09修回 通讯联系人.E mail:zhanygd ove@1 引言光纤传感器种类很多,它能够测量许多物理量.相对于机电类传感器,光纤光栅传感器具有一些明显的优势,包括抗电磁干扰、耐高温、体积小、灵活方便等.传统的光纤传感器绝大部分属于 光强型 或 干涉型 .对于光强型传感器,光源的不稳定、光纤的弯曲或连接损耗、探测器的老化等因素都会影响测量的准确性.对于干涉型传感器,其信息的读取是观察干涉条纹的变化,为得到清晰的条纹,通常要求两光路干涉光的光强相等,而且必须有一个固定参考点,这给光纤传感器的应用带来了很多不便.以光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)为主的光纤光栅传感器,除了具有普通光纤传感器的优势之外,还有一些特别的优势,最主要的是传感信号为波长调制以及复用能力强.其好处在于:测量信号不受光纤弯曲损耗、连接损耗、光源起伏和探测器老化等因素的影响;避免了干涉型光纤传感器相位测量模糊不清等问题;在一根光纤上串接多个布拉格光栅,把光纤嵌入(或粘于)被测结构,可同时得到几个测量目标的信息,并可实现准分布式测量.例如通过实时测量应力、温度、振动等传感信息,以同时进行建筑物健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测时,光纤光栅传感器是最理想的灵敏元件[1].某些类型的光纤光栅传感器已经商业化,虽然其在性能和功能方面需要不断提高,但可以说光纤光栅传感技术已开始向成熟阶段接近,目前对于光纤光栅传感的研究主要致力于实用和廉价解调系统的研究.这里分几个部分介绍光纤光栅传感器在地球动力学、航天器和船舶航运、民用工程结构、电力工业、医药和化学传感中的应用.物理学和高新技术2 光纤光栅的结构及传感原理利用紫外激光的干涉条纹在一个较小的长度范围内照射具有光敏性的光纤,可使该段光纤芯的折射率发生周期性的改变,从而形成光纤布拉格光栅,如图1所示.当宽带光源射入具有这种光栅的光纤时,光谱中以光栅的布拉格波长为中心的窄光谱在光栅处被反射,其他大部分将透射而沿原来方向传输,图2为其示意图.图1全息法在光纤内制作光纤布拉格光栅的示意图图2 宽带光源经光纤布拉格光栅后的反射和透射谱示意图当光栅发生应变时,由于弹性变形光栅的周期将发生改变,并且由于光弹效应使纤芯的折射率变化,这将引起中心波长的改变,实验表明,光栅中心波长的改变与光栅应变成良好的线性关系.另外当光栅的温度改变时,热膨胀和热光效应会引起折射率改变.实验也同时表明,光栅中心波长的改变与光栅温度的改变成良好的线性关系.测定光栅的中心波长的改变量,即可计算应变和(或)温度.通过适当转换,这一现象就可以用来传感多种物理量和化学量等.下面分几个方面介绍利用这些原理进行传感测量应用的情况.3 主要应用3.1 在地球动力学中的应用在地震检测等地球动力学领域中,地表骤变等现象的原理及其危险性的估定和预测是非常复杂的,而火山区的应力和温度变化是目前为止能够揭示火山活动性及其关键活动范围演变的最有效手段[2].光纤光栅传感器在这一领域中的应用主要是在岩石变形、垂直震波的检测以及作为地形检波器和光学地震仪使用等方面[3].活动区的应变通常包含静态和动态两种,静态应变(包括由火山产生的静态变形等)一般都定位于与地质变形源很近的距离;而以震源的震波为代表的动态应变则能够在与震源较远的地球周边环境中检测到.为了得到相当准确的震源或火山源的位置,更好地描述源区的几何形状和演变情况,需要使用密集排列的应力-应变测量仪.光纤光栅传感器是能实现远距离和密集排列复用传感的宽带、高网络化传感器,符合地震检测等的要求,因此它在地球动力学领域中无疑具有较大的潜在用途.最近报道指出,光纤光栅传感器已经成功地检测了频率为0.1 2Hz,大小为10-9 (应变)的岩石和地表动态应变.另外,光纤光栅传感器切面震波图检测系统也已经实现并有专利授权.在这一领域的应用中,关键是在一根光纤上能够复用并可有效被解调的光纤光栅的数量,图3为结合利用时域反射计(T DR)和波分复用(WDM)的方法实现复用和解调多个光栅传感器示意图,该图中的这一装置将主要用于地震场区的准分布式测量[2].图3 复用和解调多个光纤光栅传感器示意图3.2 在航天器及船舶中的应用先进的复合材料抗疲劳、抗腐蚀性能较好,而且可以减轻船体或航天器的重量,对于快速航运或飞行具有重要意义,因此复合材料越来越多地被用于制造航空航海工具(如飞机的机翼)[3].为全面地衡量船体的健康状况,需要了解其不同部位的变形力矩、剪切压力、甲板所受的抨击力,对于普通船体大约需要100个传感器,因此波长复用能力极强的光纤光栅传感器最适合于船体检测.光纤光栅传感系统可测量船体的弯曲应力,而且可测量海浪对湿甲板的抨击力.最近,具有干涉探测性物理学和高新技术能的16路光纤光栅复用系统成功地实现了在带宽为5kH z范围内、分辨率小于10n /Hz的动态应变测量[3].另外,为了监测一架飞行器的应变、温度、振动、起落驾驶状态、超声波场和加速度情况,通常需要100多个传感器,故传感器的重量要尽量轻,尺寸尽量小,因此最灵巧的光纤光栅传感器是最好的选择.另外,实际上飞机的复合材料中存在两个方向的应变,嵌入材料中的光纤光栅传感器是实现多点多轴向应变和温度测量的理想智能元件.美国和德国非常重视光纤光栅传感器在航空航天业的应用,较早地研究了飞行器上的二维应变及测量.美国国家宇航局在其X-33原型机上安装了光纤光栅多方向应变和温度测量系统[4].3.3 在民用工程结构中的应用民用工程的结构监测是光纤光栅传感器最活跃的领域.力学参量的测量对于桥梁、矿井、隧道、大坝、建筑物等的维护和健康状况监测是非常重要的.通过测量上述结构的应变分布,可以预知结构局部的载荷及健康状况.光纤光栅传感器可以贴在结构的表面或预先埋入结构中,对结构同时进行健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等,以监视结构的缺陷情况.另外,多个光纤光栅传感器可以串接成一个传感网络,对结构进行准分布式检测,可以用计算机对传感信号进行远程控制.光纤光栅传感器可以检测的建筑结构之一为桥梁.应用时,一组光纤光栅被粘于桥梁复合筋的表面,或在梁的表面开一个小凹槽,使光栅的裸纤芯部分嵌进凹槽得以保护.如果需要更加完善的保护,则最好是在建造桥时把光栅埋进复合筋.由于需要修正温度效应引起的应变,可使用应力和温度分开的传感臂,并在每一个梁上均安装这两个臂.1999年,在美国的新墨西哥州的一座钢结构桥梁上,安装了120个光纤光栅传感器,是当时在一座桥梁上复用最多光纤光栅传感器的记录.两个具有相同中心波长的光纤光栅代替法布里-珀罗干涉仪的反射镜,形成全光纤法布里-珀罗干涉仪(FFPI),利用低相干性使干涉的相位噪声最小化,这一方法实现了高灵敏度的动态应变测量.用FFPI结合另外两个FBG,其中一个光栅用来测应变,另一个被保护起来,免受应力影响.以测量和修正温度效应,所以FFPI/FBG实现了同时测量三个量:温度、静态应变、瞬时动态应变.这种方法兼有干涉仪的相干性和光纤布拉格光栅传感器的优点.已在5m 的测量范围内,实现了小于1 的静态应变测量精度、0.1 的温度灵敏度和小于ln H z的动态应变灵敏度[5].另外,由于从混凝土裂缝中辐射的声波可引起动态应变,这一应变可被FFPI探测到,FFPI对声波辐射引起的动态应变有较好的灵敏性,所以可用于检测混凝土结构的健康状况,这在试验上已得到证实.初步的试验结果显示,在频率为几万Hz的高频信号时,动态应变测量灵敏度可达到亚n 量级[6].3.4 在电力工业中的应用光纤光栅传感器因不受电磁场干扰和可实现长距离低损耗传输,从而成为电力工业应用的理想选择.电线的载重量、变压器绕线的温度、大电流等都可利用光纤光栅传感器测量.在电力工业中,电流转换器可把电流变化转化为电压变化,电压变化使压电陶瓷(PZT)产生变形,而利用贴于PZT上的光纤光栅的波长漂移,很容易得知其变形,从而得知电流强度.目前已经在700A 的范围内得到了0.7A/H z的电流分辨率[7],且线性较好,这是一种较为廉价的方法,并且不需要复杂的电隔离.另外,由大雪等对电线施加的过量的压力可能会引发危险事件,因此在线检测电线压力非常重要,特别是对于那些不易检测到的山区电线.光纤光栅传感器可测电线的载重量,其原理为把载重量的变化转化为紧贴电线的金属板所受应力的变化,这一应力变化被粘于金属板上的光纤光栅探测到.这是利用光纤光栅传感器实现远距离恶劣环境下测量的实例,在这种情况下,相邻光栅的间距较大,故不需快速调制和解调.此外,最近还报道了由两个1550nm波段的光纤光栅和解调用的光谱仪所组成的传感器,成功地测量了高压变压器的绕线温度,在较大的温度范围内的测量精度为 2 [8].3.5 在医学中的应用医学中用的传感器多为电子传感器,它对许多内科手术是不适用的,尤其是在高微波(辐射)频率、超声波场或激光辐射的过高热治疗中,由于电子传感器中的金属导体很容易受电流、电压等电磁场的干扰而引起传感头或肿瘤周围的热效应,这样会导致错误读数.为测定高频辐射或微波场的安全性,需用超声波传感器检测一系列医疗(包括超声手术、过高热治疗、碎结石手术等)中所用的超声诊断仪器的性能.近年来,使用高频电流、微波辐射和激光进行热疗以代替外科手术越来越受到医学界的关注.而物理学和高新技术且传感器的小尺寸在医学应用中是非常重要的,因为小的尺寸对人体组织的伤害较小,光纤光栅传感器是目前为止能够做到的最小的传感器.光纤光栅传感器能够通过最小限度的侵害方式测量人体组织内部的温度、压力、声波场的精确局部信息.到目前为止,光纤光栅传感系统已经成功地检测了病变组织的温度和超声波场,在30 60 的范围内,获得了分辨率为0.1 和精确度为 0.2 的测量结果,超声场的测量分辨率为10-3atm/ Hz,这为研究病变组织提供了有用的信息[9].光纤光栅传感器还可用来测量心脏的效率.在这种方法中,医生把嵌有光纤光栅的热稀释导管插入病人心脏的右心房,并注射入一种冷溶液,可测量肺动脉血液的温度,结合脉功率就可知道心脏的血液输出量,这对于心脏监测是非常重要的.新加坡南洋理工大学已经为国家总医院研制了一种光纤光栅压力传感器,帮助医生对病人进行外科校正.3.6 在化学传感中的应用光纤光栅传感器可用于化学传感,因为光栅的中心波长随折射率的变化而变化,而光栅间倏失波的相互作用以及环境中的化学物质的浓度变化都会引起折射率的变化,如图4所示.利用写在侧面磨光的D形光纤上的光栅,可实现了一些化学量的测量,最近报道这种光纤光栅已经成功地测量了材料的折射率[10].长周期光栅(long period fiber grating,LPFG)与布拉格光纤光栅一样,也是由光纤轴向上产生周期性的折射率调制而形成,其周期一般大于100 m.它的耦合机理是:向前传输的纤芯基模被耦合入几个特定波长的向前传输的包层模,包层模很快损失掉,所以LPFG基本上没有后向反射,在其透射谱中有几个特定波长的吸收峰.LPFG对光纤包层材料折射率的变化比上述的光纤布拉格光栅更为敏感,包层材料折射率的任何变化都会改变传输光谱的特性,使吸收峰发生改变,所以长周期光栅折射率测量系统的分辨率可实现10-7的灵敏度.目前已经用长周期光栅测出了许多化学物质的浓度,包括蔗糖、乙醇、己醇、十六烷、CaCl2、NaCl2等,原则上,任何具有吸收峰谱并且其折射率在1.3和1.45之间的化学物质都可用长周期光栅进行探测.4 展望除上述应用外,光纤光栅传感器还在其他领域得到了应用,并且在许多方面的性能都比传统的机图4 长周期光纤光栅化学传感器示意图电类传感器更稳定、更可靠、更准确,总之,光纤光栅传感器的应用是一个方兴未艾的领域,有着非常广阔的发展前景.目前限制光纤光栅传感器应用的最主要障碍是传感信号的解调,正在研究的解调方法很多,但能够实际应用的解调产品并不多,而且价格较高,市场呼唤廉价、高效解调产品的出现.其次,光纤光栅传感器应用中的其他问题也非常重要,如:(1)由于光源带宽有限,而应用中一般要求光栅的反射谱不能重叠,因此可复用光栅的数目受到限制;(2)如何实现在复合材料中同时测量多轴向的应变,以再现被测体的多轴向应变形貌;(3)如何实现大范围、高精度、快速实时测量;(4)如何正确地分辨光栅波长变化是由温度变化引起的还是由应力产生的应变引起的等.有效地解决上述问题对于实现廉价、稳定、高分辨率、大测量范围、多光栅复用的传感系统具有重要意义,这些都有待发展.美国、德国、加拿大、英国等都在致力于新型光纤光栅传感器及解调系统的研究,我国对光纤光栅传感器的研究相对晚一些,但已经有了较大发展,随着实用、廉价的波长解调技术进一步发展和完善,光纤光栅传感器必将在市场上开辟出一片新的天地.参考文献[1]Moery W W,Ball G A,Singh H.Proc SPIE,1996,2839:2[2]Pietro F,Gi useppe D N.Optics and Laser in E ngineering,2002,37:115[3]Vohra S T,Davis M A,Dandridge A et a l.In:Proceedingsof the12th International Conference on Optical Fib er Sensors.Williamsburg,USA,1997[4]Wolfgang E,Steph an G,Ines L e t a l.SPIE,2001,4328:160[5]Rao Y J,H enderson P J,Jacks on D A et al.Electron.Lett.,1997,33:2063[6]Sennhau ser U,Bronnimann R,Nellen P M.Proc S PIE,1996,2839:64[7]Ferdin and P,Ferrsgu O,Lechien J L et al.J Lightw aveT echnol.,1995,13:1303[8]Henderson P J,Fisher N E,Jackson D A.In:Proceeding ofthe12th International Conference on Optical Fibre Sensors.Williamsburg,USA,1997.186[9]Tk in s C G,Pu tman M A,Friebele E J.Proc SPIE,1995,2444:257[10]Me ltz G,Hewlett S T,Love J D,Proc.SPIE,1996,2836:342物理学家诗抄。
光纤光栅温度传感器应用场景
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光纤光栅温度传感器应用场景（大纲）一、引言1.1光纤光栅传感器简介1.2光纤光栅温度传感器的研究意义二、光纤光栅温度传感器工作原理2.1光纤光栅传感器的结构2.2光纤光栅温度传感器的原理2.3光纤光栅温度传感器的优势三、光纤光栅温度传感器应用场景3.1石油化工行业3.1.1输油输气管道温度监测3.1.2化工设备温度监测3.2电力行业3.2.1变压器温度监测3.2.2输电线路温度监测3.3建筑行业3.3.1大型建筑结构健康监测3.3.2桥梁温度监测3.4交通行业3.4.1铁路轨道温度监测3.4.2飞机发动机温度监测3.5生物医疗行业3.5.1内窥镜温度监测3.5.2生物组织温度监测四、光纤光栅温度传感器在特定场景的应用案例4.1案例一：光纤光栅温度传感器在石油化工行业的应用4.2案例二：光纤光栅温度传感器在电力行业的应用4.3案例三：光纤光栅温度传感器在建筑行业的应用4.4案例四：光纤光栅温度传感器在交通行业的应用4.5案例五：光纤光栅温度传感器在生物医疗行业的应用五、光纤光栅温度传感器的发展趋势与挑战5.1发展趋势5.2面临的挑战5.3未来研究方向六、总结6.1光纤光栅温度传感器在我国的应用现状6.2光纤光栅温度传感器的发展前景6.3对行业发展的建议与展望一、引言光纤光栅传感器是一种新型的传感器，它利用光纤光栅的特性，通过测量光的波长变化来获取被测量的信息。
光纤光栅传感技术
光纤光栅传感技术光纤光栅传感技术是一种基于光学原理的传感技术，主要是通过光纤光栅的变化来实现对物理量的测量。
随着传感技术的不断发展，光纤光栅传感技术也越来越被广泛应用于各个领域。
一、光纤光栅的构成光纤光栅由光纤和一系列的周期性折射率波动结构组成。
它的制作主要是核心光纤和包层光纤在一定的条件下经过加热和拉伸，形成了一个具有周期性折射率变化的结构。
这个结构可以使光纤对波长进行选择性过滤，同时也可以把激光光束分成几个不同的方向。
二、光纤光栅的工作原理光纤光栅传感技术主要是基于弛豫效应的原理。
当物理量发生变化时，光纤光栅的折射率骤然变化，这就会使得光波在光纤光栅中发生散射，同时也会产生光波的反射和传输，这样就可以通过光纤光栅来测量物理量的变化。
在工作过程中，当光波进入光纤光栅时，它会被反射和散射。
在反射和散射的过程中，光波会在光纤光栅中形成了一定的激发场。
这个场会导致光的相位移动，进而影响到光波的传输。
因此，当光波经过光纤光栅的时候，根据光的相位变化情况，就可以计算出物理量的变化。
三、光纤光栅传感技术的应用光纤光栅传感技术具有高精度、高稳定性和重复性好等特点，因此它在环境监测、地震监测、电力监测、石油开采、桥梁监测和医药仪器等领域都有广泛的应用。
1、环境监测光纤光栅传感技术可以被用来测量环境中的温度、湿度、大气压力等物理量，可以对环境变化的情况进行监测。
2、地震监测光纤光栅传感技术可以被用来测量地震波的传播路径和速度等参数，以及地面震动等参数，可以对地震进行预测和监测。
3、电力监测光纤光栅传感技术可以被用来对变压器、电缆、输电线路等电力设备进行实时监测，可以对电力系统的运行状态进行监测和控制。
4、石油开采光纤光栅传感技术可以被用来测量油井内部的温度、压力、流量等参数，可以对石油开采的过程进行监测和控制。
5、桥梁监测光纤光栅传感技术可以被用来监测桥梁的变形、振动等情况，可以为桥梁的维护提供有力的参考。
6、医药仪器光纤光栅传感技术可以被用来制造医学设备，例如制造血压计、心脏起搏器等医学仪器，在医疗领域中也有着广泛的应用。
光纤光栅传感技术的应用与研究
光纤光栅传感技术的应用与研究摘要光纤光栅传感技术是十多年来发展最为迅速的技术之一,具有损耗低、可远程测量、柔软易挠曲、耐腐蚀、抗电磁干扰、易于复用组网等一系列优点,而且适合于在易燃、易爆、高温、高压、强电磁干扰等恶劣的环境中工作,是目前传感器领域研究的一个热点,简要地阐述光纤传感器的工作原理, 概述光纤传感器的实际应用。
关键词光纤光栅;传感器;原理;应用实例自从1978年发明在光纤中形成光致布拉格光栅以来,光纤光栅在光纤通信和传感中已得到大量应用。
其主要的优点包括:体积小、耐高温、轻巧隐蔽,可以把它置于很小的空间,甚至嵌入到复合材料中:抗电磁干扰、耐化学腐蚀、传输带宽宽、传输损耗小。
因此,光纤光栅传感器特别适合于对民用市政工程,航天器、飞机、轮船、矿业、制造业生产线、管道设施和核电厂等进行安全监测和自动控制.光纤光栅传感器可以探测多种物理量,如温度、应变、压力和电磁场等回。
本文简要地阐述了光纤光栅传感器的工作原理,概述了光纤光栅传感器的实际应用,着重给出了光纤光栅传感器的应用实例。
1光纤光栅传感原理由光纤光栅传感器构成的测量系统的测量原理是利用光纤光栅传感器对应力应变的敏感作用,将被测应力应变物理量直接变成光学量进行测量,或者说变应力应变测量为光波波长的测量,由此带来一系列的优点,如:全光测量,在监测现场无电气设备,不受电磁及核辐射干扰;无零点漂移问题,长期稳定;以反射光的中心波长表征被测物理量,不受光源功率波动、光纤微弯效应及耦合损耗等因素的影响;系统安装及长期使用过程中无需定标;使用寿命长等。
这些优点可以解决电学量应力应变系统存在的固有问题。
光纤是光导纤维的简称,它是工作在光波波段的一种介质波导,通常是圆柱形。
它把以光出现的电磁波能量利用全反射的原理约束在其界面内,并引导光波沿着光纤轴线的方向前进。
光纤的基本结构是两层圆柱状媒质,内层为纤芯,外层为包层;纤芯的折射率n1,比包层的折射率n2稍大,当满足一定的入射条件时,光波就能沿着纤芯向前传播。
光纤光栅传感器的应用
光纤光栅传感器的应用一、光纤光栅传感器的优势与传统的传感器相比,光纤Bragg光栅传感器具有自己独特的优点:(1) 传感头结构简单、体积小、重量轻、外形可变, 适合埋入大型结构中, 可测量结构内部的应力、应变及结构损伤等, 稳定性、重复性好;(2) 与光纤之间存在天然的兼容性, 易与光纤连接、低损耗、光谱特性好、可靠性高;(3) 具有非传导性, 对被测介质影响小, 又具有抗腐蚀、抗电磁干扰的特点, 适合在恶劣环境中工作;(4) 轻巧柔软, 可以在一根光纤中写入多个光栅, 构成传感阵列, 与波分复用和时分复用系统相结合, 实现分布式传感;(5) 测量信息是波长编码的, 所以, 光纤光栅传感器不受光源的光强波动、光纤连接及耦合损耗、以及光波偏振态的变化等因素的影响, 有较强的抗干扰能力;(6) 高灵敏度、高分辩力。
正是由于具有这么多的优点,近年来,光纤光栅传感器在大型土木工程结构、航空航天等领域的健康监测,以及能源化工等领域得到了广泛的应用。
光纤Bragg光栅传感器无疑是一种优秀的光纤传感器，尤其在测量应力和应变的场合，具有其它一些传感器无法比拟的优点，被认为是智能结构中最有希望集成在材料内部，作为监测材料和结构的载荷，探测其损伤的传感器。
二、光纤光栅的传感应用1、土木及水利工程中的应用土木工程中的结构监测是光纤光栅传感器应用最活跃的领域。
力学参量的测量对于桥梁、矿井、隧道、大坝、建筑物等的维护和健康状况监测是非常重要的.通过测量上述结构的应变分布,可以预知结构局部的载荷及健康状况.。
光纤光栅传感器可以贴在结构的表面或预先埋入结构中,对结构同时进行健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等,以监视结构的缺陷情况.。
另外,多个光纤光栅传感器可以串接成一个传感网络,对结构进行准分布式检测,可以用计算机对传感信号进行远程控制。
（1）在桥梁安全监测中的应用目前, 应用光纤光栅传感器最多的领域当数桥梁的安全监测。
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光纤光栅传感民用
• 大坝、边坡、隧道、建筑等 土木工程安全监测
• 发达国家几乎所有桥梁的安 全监测都采用光纤光栅传感 技术
• 德西门子等公司等已用于大 型电机和高压传输电缆
• 美 CIDRA 和英 Sunart Fibers Ltd 等用于输油管线和海洋石 油
• ……
光纤光栅传感系统在国内的应用
典型市场应用(1)
• 石油石化
– 08年启动、09年规划、10年启动并且达到建设高峰 – 长远看好：
1. 石油战略储备由目前7～10天，到2020年规划到60～90天 2. 预计每年翻一翻
测 •
光纤光栅传感器系统框图
宽带 光源
光纤F-P腔
Σ
解
调 器
－
被测参量
测点1
光 强
测点2
测点3
λ1
测点1
λ2
带 宽
λn
测点n
波长
光纤光栅传感系统国外应用概况
光纤光栅传感军用
• 航天飞机X-33上温度，应变监测 • 瑞典SMART的国家计划，光纤光栅监视战斗机复合材料结构 • 美国宇航研究院光纤光栅自适应机翼 • 美国全光纤水听拖曳阵列(AO-TA)和共形水听阵列(LWPA) • 英国全光纤海底声监视系统 • 美海军和航运公司合作 GCRMTC 计划，已成功将光纤光栅传感大规模
典型市场应用(7)
• 冶金电力市场
– 电缆沟在线温度监测
– 电缆接头测温、高压开关柜
– 电缆隧道火灾报警
典型市场应用(8)
• 水利设施、边坡监测
– 大坝 – 水库 – 边坡
清江水布垭水电站工程
典型市场应用(9)
• 煤矿瓦斯气体传感器
– 通过基本的煤安认证 – 已经开始小批量生产
应用案例
实例1：武汉市晴川桥安全监测系统
360 340 320 300 280 260
实例2：武汉阳逻长江公路大桥长期安全监测系统
实例3：海口世纪大桥长期健康监测系统
秦皇岛港口翻车机安全监测
沪蓉西施家梁子滑坡监测
清江水布垭大坝防渗监测系统
终南山隧道工程的火灾报 警
• 在世界规模最大——陕西秦岭终南山隧道火灾报警工程国 际招标中中标，建成并评为优秀项目
光纤光栅传感系统的应用
光纤光栅传感技术优点
• 波长编码，不受光源的光强波动影响，稳定性好 • 可以制备成应力、应变、温度、振动等多种传感器 • 寿命长，适合长期监测； • 光纤传输，适合远距离监测 • 抗腐蚀、抗电磁干扰，适合各种恶劣工程环境监测 • 精度高、灵敏度高、分辨率高 • 结构简单、易于埋设 • 一根光纤中写入多个光栅，易于实现分布式自动化在线监
• 产品应用在“火灾报警、异物侵限、轮轴技术、轨道变形、 基础沉降”等方面
典型市场应用(4)
• 桥梁监测
– 全国新老桥梁60万座，每年新增～1万座桥梁 – 超过1Km以上的特大桥1254座 – 建设部已经有专门文件要求加强特大桥的长期健康监测
典型市场应用(5)
• 智能别墅、周界安防、石油管线防盗
• 是目前国内外唯一实现20公里长无中继的火灾监测技术
应用于镇海石化
应用于上海石化
大连石化热电厂电缆沟应用现场
大连石化热电厂电缆沟应用现场
应用于武汉高压研究所
典型市场应用(2)
• 公路隧道
– 还可以快速发展2～3年，每年>500公里的项目建设 – 重点在西部、云贵、东北等地区 – “珠—港—澳”隧道工程超过100公里
典型市场应用(3)
• 地铁、高铁
• 国家对铁路建设的投资进一步加大，达到6000亿 • 湖北4条200Km以上时速城际铁路建设投资450亿 • 国家地铁市场将有20年的建设期
– 已经有产品成功应用在智能别墅小区 – 大型场所的可定址周界安防：飞机场、边界、敏感军事设施与基地 – 石油管线防盗缺少有效手段，光纤光栅传感器有可能提供解决方案
典型市场应用(6)
• 大型机械装备安全监测
– 飞机发动机等大型旋转机械装备安全监测 – 港口翻车机安全监测 – 港岸桥起重机 – 大型浮吊安全监测