光纤光栅传感器原理
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光纤光栅传感器 简介
武汉欣茂隆科技有限公司
光纤光栅传感原理
光纤
1、光纤是由外径125um的包层和直径9um的纤芯组成的 纤是由外径125um的包层和直径9um的纤芯组成的 125um的包层和直径9um 圆柱形细丝 纤芯由石英制成， 2、纤芯由石英制成，光在纤芯内传输 250um涂敷层保护光纤并增强光纤的机械性能 3、250um涂敷层保护光纤并增强光纤的机械性能
光纤光栅传感器的种类
光纤光栅传感器
利用光纤光栅温度、应变敏感的特性， 利用光纤光栅温度、应变敏感的特性，通过传感头的 温度 设计/封装，可以测量各种物理参数： 设计/封装，可以测量各种物理参数：
▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲
温度 应变 压力 位移 液位 加速度 气体含量 弯曲 …
光纤光栅测量温度压力 光纤光栅测量温度压力 光栅 温度、 温度、压力曲线
光纤光栅传感器的应用
土木行业：水立方健康安全监测
石化行业：储油罐温度监测
Rails Ballast Platform Geodetect >5m 0,25 m 0,5 m
轨道交通：Arbois铁路地基变形监测
石化：海洋平台冰激安全健康监测
电力行业：风力发电叶片健康安全监测
航空：直升机旋翼健康安全监测
光纤光栅传感原理
光纤光栅传感原理
接头1 Sensor1 λ1 Sensor2 λ2 Sensor3 λ3
…
Sensor n 接头2 λn
…
λ1 λ3 λn
连接接头1时的反射光谱 连接接头 时的反射光谱
连接接头2时的反射光谱 连接接头 时的反射光谱
通过将两端光纤接头连接到监测仪器，即使某传感器故障， 通过将两端光纤接头连接到监测仪器，即使某传感器故障，其它 传感器依然可以被有效测量
光纤光栅传感器的应用
轨道交通： 轨道交通：地铁健康安全监测 直流电源线支架安全监测； 1、直流电源线支架安全监测； 2、隧道壁压力监测 ； 隧道内的火灾监测； 3、隧道内的火灾监测； 4、高压动力电缆温度监测 油田： 油田：地下油井健康安全监测 压力监测； 1、压力监测； 温度监测； 2、温度监测；
光纤光栅传感器的应用
石化行业： 石化行业：储油罐多参数测量 液位； 1、液位； 2、密度 ； 质量； 3、质量； 4、温度
T&S拥有发明专利的光栅传感器 T&S拥有发明专利的光栅传感器
The End
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光纤光栅传感原理
光纤光栅解调分析仪
光纤光栅传感原理
公司研发的光纤光栅解调分析 仪
型 号：WI810A 通道数： 通道数：8 测点数： 测点数：144 精 度：10pm
型 号：I1610BL 通道数： 通道数：16 测点数： 测点数：288 精 度：10pm
型 号：WI3210B 通道数： 通道数：32 测点数： 测点数：400 精 度：3pm
光纤光栅传感原理
光纤光栅传感原理
• 光纤光栅反射光的中心波长取决于光栅的条纹间距 • 光栅的条纹间距取决于： 光栅的条纹间距取决于：
– 施加的应变 – 温度
中心波长 温度
波长漂移 波长漂移(nm)
Байду номын сангаас反射光谱
光纤光栅传感原理
光在光纤光栅上的传输
光强
入射光谱
光强
反射光谱
光强
透射光谱
1、宽带光进入光纤，经过光栅反射回特定波长的光 宽带光进入光纤， 2、通过测量光栅反射波长，换算被测体温度/应变等物理量； 通过测量光栅反射波长，换算被测体温度/应变等物理量； 3、光栅的温度特性为10pm/℃，应变特性为1.2pm/微应变 光栅的温度特性为10pm/℃ 应变特性为1.2pm/微应变 10pm/ 1.2pm/
光纤光栅传感原理
波分复用技术
接头1 Sensor1 λ1 Sensor2 λ2 Sensor3 λ3
…
Sensor n 接头2 λn
入射光谱
…
λ1 λ2
…
λn
反射光谱
λ3
透射光谱
1、采用波分复用技术，可实现一根光纤上串联18个传感器； 采用波分复用技术，可实现一根光纤上串联18个传感器； 18个传感器 2、通过对不同波长光栅进行特定封装，在一根光纤上可实现温度、应变 通过对不同波长光栅进行特定封装，在一根光纤上可实现温度、 等多参数实时测量； 等多参数实时测量；
光纤光栅传感原理 光纤光栅传感器光谱图
光纤光栅传感器的种类
通过对光栅进行一定的封装之后， 通过对光栅进行一定的封装之后，但凡能够使光纤光 栅产生轴向形变的物理量，均可通过光纤光栅来测量。 栅产生轴向形变的物理量，均可通过光纤光栅来测量。 ▲ 温度 应变（压力） ▲ 应变（压力） ▲ 位移 ▲ 液位 ▲ 加速度 ▲ 弯曲 ▲ …
光纤光栅传感器的应用
光纤光栅产品健康安全监测应用领域
▲ ▲ ▲ ▲ ▲ 航空航天（增强碳纤维复合材料健康监测， 航空航天（增强碳纤维复合材料健康监测，航天 飞机温度和应变监测） 飞机温度和应变监测） 舰船（结构健康安全监测， 舰船（结构健康安全监测，纤维增强塑料闸门实 时监测） 时监测） 土木（建筑，桥梁，边坡，矿井结构安全监测） 土木（建筑，桥梁，边坡，矿井结构安全监测） 电力（开关柜、变压器、电缆沟/井安全监测） 电力（开关柜、变压器、电缆沟/井安全监测） 石化（油品计量，液位测量，火灾报警， 石化（油品计量，液位测量，火灾报警，海洋平 台/油井温度和压力/应变监测） 油井温度和压力/应变监测）
光纤光栅传感器的特点
1、材料优势： 材料优势： 传感器体积小， ▼ 传感器体积小，重量轻 ▼ 耐化学腐蚀 ▼ 优异的耐疲劳特性 ▼ 传感器本质防爆 ▼ 适和应用于恶劣环境 2、传感优势： 传感优势： 光纤既是传感器又是信号传输媒介， ▼ 光纤既是传感器又是信号传输媒介，抗强电 磁干扰 测点数多，可串，并联组网， ▼ 测点数多，可串，并联组网，可多参数测量 长距离传输，可达40km ▼ 长距离传输，可达40km 可靠性高，在某个传感器失效情况下， ▼ 可靠性高，在某个传感器失效情况下，其它 传感器数据仍可有效测量
涂覆层250um 涂覆层
包层125um 包层 纤芯9um 纤芯
光纤光栅传感原理
光纤光栅
在光纤上用紫外光刻写光栅，10mm的光 的光纤光栅包含了 1、在光纤上用紫外光刻写光栅，10mm的光纤光栅包含了 10000个在纤芯中规则分布的微小的反射镜面 10000个在纤芯中规则分布的微小的反射镜面 2、温度/应变等物理量的变化与所导致的栅距变化呈线 温度/ 性，光栅反射波长随栅距变化而线性变化； 光栅反射波长随栅距变化而线性变化；
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光纤光栅传感原理
光纤
1、光纤是由外径125um的包层和直径9um的纤芯组成的 纤是由外径125um的包层和直径9um的纤芯组成的 125um的包层和直径9um 圆柱形细丝 纤芯由石英制成， 2、纤芯由石英制成，光在纤芯内传输 250um涂敷层保护光纤并增强光纤的机械性能 3、250um涂敷层保护光纤并增强光纤的机械性能
光纤光栅传感器的种类
光纤光栅传感器
利用光纤光栅温度、应变敏感的特性， 利用光纤光栅温度、应变敏感的特性，通过传感头的 温度 设计/封装，可以测量各种物理参数： 设计/封装，可以测量各种物理参数：
▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲
温度 应变 压力 位移 液位 加速度 气体含量 弯曲 …
光纤光栅测量温度压力 光纤光栅测量温度压力 光栅 温度、 温度、压力曲线
光纤光栅传感器的应用
土木行业：水立方健康安全监测
石化行业：储油罐温度监测
Rails Ballast Platform Geodetect >5m 0,25 m 0,5 m
轨道交通：Arbois铁路地基变形监测
石化：海洋平台冰激安全健康监测
电力行业：风力发电叶片健康安全监测
航空：直升机旋翼健康安全监测
光纤光栅传感原理
光纤光栅传感原理
接头1 Sensor1 λ1 Sensor2 λ2 Sensor3 λ3
…
Sensor n 接头2 λn
…
λ1 λ3 λn
连接接头1时的反射光谱 连接接头 时的反射光谱
连接接头2时的反射光谱 连接接头 时的反射光谱
通过将两端光纤接头连接到监测仪器，即使某传感器故障， 通过将两端光纤接头连接到监测仪器，即使某传感器故障，其它 传感器依然可以被有效测量
光纤光栅传感器的应用
轨道交通： 轨道交通：地铁健康安全监测 直流电源线支架安全监测； 1、直流电源线支架安全监测； 2、隧道壁压力监测 ； 隧道内的火灾监测； 3、隧道内的火灾监测； 4、高压动力电缆温度监测 油田： 油田：地下油井健康安全监测 压力监测； 1、压力监测； 温度监测； 2、温度监测；
光纤光栅传感器的应用
石化行业： 石化行业：储油罐多参数测量 液位； 1、液位； 2、密度 ； 质量； 3、质量； 4、温度
T&S拥有发明专利的光栅传感器 T&S拥有发明专利的光栅传感器
The End
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光纤光栅传感原理
光纤光栅解调分析仪
光纤光栅传感原理
公司研发的光纤光栅解调分析 仪
型 号：WI810A 通道数： 通道数：8 测点数： 测点数：144 精 度：10pm
型 号：I1610BL 通道数： 通道数：16 测点数： 测点数：288 精 度：10pm
型 号：WI3210B 通道数： 通道数：32 测点数： 测点数：400 精 度：3pm
光纤光栅传感原理
光纤光栅传感原理
• 光纤光栅反射光的中心波长取决于光栅的条纹间距 • 光栅的条纹间距取决于： 光栅的条纹间距取决于：
– 施加的应变 – 温度
中心波长 温度
波长漂移 波长漂移(nm)
Байду номын сангаас反射光谱
光纤光栅传感原理
光在光纤光栅上的传输
光强
入射光谱
光强
反射光谱
光强
透射光谱
1、宽带光进入光纤，经过光栅反射回特定波长的光 宽带光进入光纤， 2、通过测量光栅反射波长，换算被测体温度/应变等物理量； 通过测量光栅反射波长，换算被测体温度/应变等物理量； 3、光栅的温度特性为10pm/℃，应变特性为1.2pm/微应变 光栅的温度特性为10pm/℃ 应变特性为1.2pm/微应变 10pm/ 1.2pm/
光纤光栅传感原理
波分复用技术
接头1 Sensor1 λ1 Sensor2 λ2 Sensor3 λ3
…
Sensor n 接头2 λn
入射光谱
…
λ1 λ2
…
λn
反射光谱
λ3
透射光谱
1、采用波分复用技术，可实现一根光纤上串联18个传感器； 采用波分复用技术，可实现一根光纤上串联18个传感器； 18个传感器 2、通过对不同波长光栅进行特定封装，在一根光纤上可实现温度、应变 通过对不同波长光栅进行特定封装，在一根光纤上可实现温度、 等多参数实时测量； 等多参数实时测量；
光纤光栅传感原理 光纤光栅传感器光谱图
光纤光栅传感器的种类
通过对光栅进行一定的封装之后， 通过对光栅进行一定的封装之后，但凡能够使光纤光 栅产生轴向形变的物理量，均可通过光纤光栅来测量。 栅产生轴向形变的物理量，均可通过光纤光栅来测量。 ▲ 温度 应变（压力） ▲ 应变（压力） ▲ 位移 ▲ 液位 ▲ 加速度 ▲ 弯曲 ▲ …
光纤光栅传感器的应用
光纤光栅产品健康安全监测应用领域
▲ ▲ ▲ ▲ ▲ 航空航天（增强碳纤维复合材料健康监测， 航空航天（增强碳纤维复合材料健康监测，航天 飞机温度和应变监测） 飞机温度和应变监测） 舰船（结构健康安全监测， 舰船（结构健康安全监测，纤维增强塑料闸门实 时监测） 时监测） 土木（建筑，桥梁，边坡，矿井结构安全监测） 土木（建筑，桥梁，边坡，矿井结构安全监测） 电力（开关柜、变压器、电缆沟/井安全监测） 电力（开关柜、变压器、电缆沟/井安全监测） 石化（油品计量，液位测量，火灾报警， 石化（油品计量，液位测量，火灾报警，海洋平 台/油井温度和压力/应变监测） 油井温度和压力/应变监测）
光纤光栅传感器的特点
1、材料优势： 材料优势： 传感器体积小， ▼ 传感器体积小，重量轻 ▼ 耐化学腐蚀 ▼ 优异的耐疲劳特性 ▼ 传感器本质防爆 ▼ 适和应用于恶劣环境 2、传感优势： 传感优势： 光纤既是传感器又是信号传输媒介， ▼ 光纤既是传感器又是信号传输媒介，抗强电 磁干扰 测点数多，可串，并联组网， ▼ 测点数多，可串，并联组网，可多参数测量 长距离传输，可达40km ▼ 长距离传输，可达40km 可靠性高，在某个传感器失效情况下， ▼ 可靠性高，在某个传感器失效情况下，其它 传感器数据仍可有效测量
涂覆层250um 涂覆层
包层125um 包层 纤芯9um 纤芯
光纤光栅传感原理
光纤光栅
在光纤上用紫外光刻写光栅，10mm的光 的光纤光栅包含了 1、在光纤上用紫外光刻写光栅，10mm的光纤光栅包含了 10000个在纤芯中规则分布的微小的反射镜面 10000个在纤芯中规则分布的微小的反射镜面 2、温度/应变等物理量的变化与所导致的栅距变化呈线 温度/ 性，光栅反射波长随栅距变化而线性变化； 光栅反射波长随栅距变化而线性变化；