光纖傳感器設(shè)計(jì)課件

光纖傳感器OpticalFiberSensor

1光纖傳感器1目錄光纖傳感背景光纖傳感原理光纖傳感應(yīng)用2目錄光纖傳感背景2傳感器分類3傳感器分類3傳感器比較4分類內(nèi)容光纖傳感器電類傳感器調(diào)制參量振幅：吸收、反射等相位、偏振態(tài)…..電阻、電容、電感等敏感材料溫-光敏、力-光敏、磁-光敏…

溫-電敏、力-電敏、磁-電敏…

傳輸信號(hào)光電傳輸介質(zhì)光纖、光纜電線、電纜光纖傳感器是與電類傳感器并行互補(bǔ)的一類新型傳感器。傳感器比較4分類光纖傳感器電類傳感器調(diào)制參量振幅：吸收、反5光波在光纖中傳播時(shí)，表征光波的特征參量（振幅、相位、偏振態(tài)、頻率等），因外界因素（如溫度、壓力、應(yīng)力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)…等）的作用而直接或間接地發(fā)生變化，從而可將光纖用作傳感元件來(lái)探測(cè)各種物理量。優(yōu)點(diǎn)高靈敏度、高精度、高速度質(zhì)輕、體小、外形可變環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；耐腐蝕、無(wú)電火花、安全可靠對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小被測(cè)對(duì)象廣泛便于復(fù)用，便于成網(wǎng)基本原理5光波在光纖中傳播時(shí)，表征光波的特征參量（振幅、相位、6溫度Temperature壓力Pressure應(yīng)力Strain位移Displacement加速度Acceleration流量Flowrate振動(dòng)Vibration化學(xué)成分Chemicalconcentrations電/磁場(chǎng)ElectricalandMagneticFields轉(zhuǎn)速Rotationrate可測(cè)量的物理量6溫度Temperature可測(cè)量的物理量7強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器

IntensityModulationOFS相位調(diào)制型光纖傳感器

PhaseModulationOFS偏振調(diào)制型光纖傳感器

PolarizationModulationOFS波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器

WavelengthModulationOFS光纖傳感器（OFS）分類7強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器光纖傳感器（OFS）分類8是一種利用被測(cè)對(duì)象的變化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等參數(shù)的變化，而導(dǎo)致光強(qiáng)度變化來(lái)實(shí)現(xiàn)敏感測(cè)量的傳感器。有利用光纖的微彎損耗；各物質(zhì)的吸收特性；振動(dòng)膜或液晶的反射光強(qiáng)度的變化；物質(zhì)因各種粒子射線或化學(xué)、機(jī)械的激勵(lì)而發(fā)光的現(xiàn)象；以及物質(zhì)的熒光輻射或光路的遮斷等來(lái)構(gòu)成壓力、振動(dòng)、溫度、位移、氣體等各種強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，成本低。缺點(diǎn)：受光源強(qiáng)度波動(dòng)和連接器損耗變化等影響較大。強(qiáng)度調(diào)制型傳感器8是一種利用被測(cè)對(duì)象的變化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等9當(dāng)一恒定光源的光波IIN注入調(diào)制區(qū)，在外力場(chǎng)強(qiáng)Is的作用下，輸出光波的強(qiáng)度被Is所調(diào)制，載有外力場(chǎng)信息的出射光IOUT的包絡(luò)線與Is形狀相同，光（強(qiáng)度）探測(cè)器的輸出電流ID(或電壓)也反映出了作用力場(chǎng)。同理，可以利用其他各種對(duì)光強(qiáng)的調(diào)制方式，如光纖位移、光柵、反射式、微彎、模斑、斑圖、輻射等來(lái)調(diào)制入射光，從而形成相應(yīng)的調(diào)制器。9當(dāng)一恒定光源的光波IIN注入調(diào)制區(qū)，在外力場(chǎng)強(qiáng)Is的作用10濾模器激光器光探測(cè)器信號(hào)處理變形器光纖微彎傳感器10濾模器激光器光探測(cè)器信號(hào)處理變形器光纖微彎傳感器11

當(dāng)光線射入微彎曲段的界面上時(shí)，入射角將小于臨界角。這時(shí)一部分光在纖芯和包層的界面上反射；另一部分光則透射進(jìn)入包層，從而導(dǎo)致光能的損耗。11當(dāng)光線射入微彎曲段的界面上時(shí)，入射角將小于臨界角12光纖橫向施以微小力使光纖發(fā)生微小彎曲，則光纖中傳輸?shù)牟▽?dǎo)模式間發(fā)生耦合而使能量交換簡(jiǎn)單地說(shuō)，當(dāng)光纖受到彎曲后，有少量的芯模能量會(huì)轉(zhuǎn)換成包層模能量而損失掉，通過(guò)測(cè)量包層模或芯模能量的變化獲得外界待測(cè)物理量的變化。光纖微彎曲傳感器的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是光功率維持在光纖內(nèi)部，這樣就可以免除周?chē)h(huán)境污染的影響，適宜在惡劣環(huán)境中使用。另外，它還有靈敏度較高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)范圍寬（超過(guò)110dB）、線性度較好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。12光纖橫向施以微小力使光纖發(fā)生微小彎曲，則光纖中傳輸?shù)牟▽?dǎo)13功能型調(diào)制（光纖既傳輸又傳感）

相位調(diào)制型傳感器相位變化的檢測(cè)需要轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度的變化----干涉法！13功能型調(diào)制（光纖既傳輸又傳感）相位調(diào)制14功能型調(diào)制

光波通過(guò)長(zhǎng)度為l的光纖，相位延遲為為光波在光纖中的傳播常數(shù)可以寫(xiě)成Δa是光纖直徑變化，通常較小，可以忽略14功能型調(diào)制

光波通過(guò)長(zhǎng)度為l的光纖，相位延遲為為光15邁克爾遜光纖干涉儀光纖干涉儀（1）LD探測(cè)臂參考臂PD信號(hào)處理光纖反射端面固定可移動(dòng)耦合器15邁克爾遜光纖干涉儀光纖干涉儀（1）LD探測(cè)臂參考臂P16馬赫－增德?tīng)枺∕－Z）光纖干涉儀光纖干涉儀（2）LD探測(cè)臂參考臂干涉條紋耦合器耦合器16馬赫－增德?tīng)枺∕－Z）光纖干涉儀光纖干涉儀（2）LD探測(cè)17薩格奈克效應(yīng)相位調(diào)制CW經(jīng)歷的光程為CCW經(jīng)歷的光程為兩者的光程差為又可以寫(xiě)成環(huán)包圍的面積17薩格奈克效應(yīng)相位調(diào)制CW經(jīng)歷的光程為CCW經(jīng)歷的光程為兩18薩格奈克效應(yīng)相位調(diào)制對(duì)應(yīng)的相位差0----真空中的波長(zhǎng)C0----真空中的光速18薩格奈克效應(yīng)相位調(diào)制對(duì)應(yīng)的相位差0----真空中的波長(zhǎng)19偏振調(diào)制型光纖傳感器

偏振調(diào)制型光纖傳感器是最復(fù)雜同時(shí)也是最精巧的傳感器.使用法拉第效應(yīng)（FaradayEffect）通過(guò)極化測(cè)量磁場(chǎng)極化不是由彎曲、拉伸和扭轉(zhuǎn)引起的法拉第磁光效應(yīng)：

1845年，法拉第在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一束線偏振光通過(guò)非旋光性介質(zhì)時(shí)，如果在介質(zhì)中沿光傳播方向加一外磁場(chǎng)，則光通過(guò)介質(zhì)后，光振動(dòng)（指電矢量）的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度θ，這種磁場(chǎng)使介質(zhì)產(chǎn)生旋光性的現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)或者磁致旋光效應(yīng)。19偏振調(diào)制型光纖傳感器

偏振調(diào)制型光纖傳感器是最復(fù)雜同時(shí)也20偏振調(diào)制調(diào)制型光纖傳感器中最典型的例子是高壓傳輸線用光纖電流傳感器，其基本原理是前述介紹的法拉第效應(yīng)（磁光效應(yīng)）

光纖電流傳感器原理示意圖光纖電流傳感器

20偏振調(diào)制調(diào)制型光纖傳感器中最典型的例子是高壓傳輸線用光纖21當(dāng)平面偏振光在強(qiáng)度為H的磁場(chǎng)作用下，線偏振光在物質(zhì)中通過(guò)的距離L時(shí)電矢量E旋轉(zhuǎn)角為θ。如果這個(gè)磁場(chǎng)是由長(zhǎng)直載流導(dǎo)線產(chǎn)生的，根據(jù)安培環(huán)路定律：光纖電流傳感器

式中：I—載流導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度；r—導(dǎo)線外任一觀測(cè)點(diǎn)到導(dǎo)線的垂直距離。由此可見(jiàn)，只要根據(jù)磁光效應(yīng)，利用光纖傳感器測(cè)量出導(dǎo)線外任一點(diǎn)r的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，即可得到導(dǎo)線中的電流I。21當(dāng)平面偏振光在強(qiáng)度為H的磁場(chǎng)作用下，線偏振光在物質(zhì)中通過(guò)22為了利用光纖測(cè)量導(dǎo)線中的電流，可以將單模光纖繞在載流導(dǎo)線上，形成一個(gè)半徑為r的螺線管，光纖螺線管的光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)。在強(qiáng)度為H的磁場(chǎng)作用下，通過(guò)光纖的線偏振光的振動(dòng)面將會(huì)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)，只要檢測(cè)出這個(gè)偏轉(zhuǎn)角即可知道導(dǎo)線中電流I的大小。

光纖電流傳感器

測(cè)量范圍：50A—2400A

測(cè)量準(zhǔn)確度：好于0.3%(偏振光磁旋)常數(shù)：0.0155minute/A測(cè)量相角誤差：<6’(0—2400A)

工作電壓測(cè)試：760.8KV.(一分鐘)工作溫度：－10－60度典型指標(biāo):22為了利用光纖測(cè)量導(dǎo)線中的電流，可以將單模光纖繞在載流導(dǎo)線23偏振調(diào)制型光纖傳感器23偏振調(diào)制型光纖傳感器分布式光纖傳感24分布式光纖傳感24準(zhǔn)分布式光纖傳感原理將呈一定空間分布的相同類型的光纖傳感器耦合到一根或多根光纖總線上，通過(guò)尋址、解調(diào)，檢測(cè)出被測(cè)量的大小及空間分布，光纖總線僅起傳光作用。尋址方式時(shí)分復(fù)用（TDM-TimeDivisionMultiplex)波分復(fù)用（WDM-WavelengthDivisionMultiplex)偏分復(fù)用（PDM-PolarizationDivisionMultiplex)空分復(fù)用（SDM-SpaceDivisionMultiplex)頻分復(fù)用（FDM-FrequencyDivisionMultiplex)25準(zhǔn)分布式光纖傳感原理將呈一定空間分布的相同類型的光纖傳感器耦時(shí)分復(fù)用（TDM）光纖對(duì)光波的延遲效應(yīng)來(lái)尋址脈寬小于光纖總線上相鄰傳感器的傳輸時(shí)間光纖總線輸入端注入，各傳感器距光脈沖發(fā)射端距離不同。接收到每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器，延時(shí)對(duì)應(yīng)地址光脈沖變化量反映該點(diǎn)被測(cè)量的大小26時(shí)分復(fù)用（TDM）光纖對(duì)光波的延遲效應(yīng)來(lái)尋址26時(shí)分復(fù)用示意圖27時(shí)分復(fù)用示意圖27光時(shí)域反射（OTDR）技術(shù)OpticalTimeDomainReflectometry28光時(shí)域反射（OTDR）技術(shù)OpticalTimeDoma散射型光纖傳感器利用背向瑞利散射——OTDR利用布里淵散射——B-OTDR利用拉曼散射——R-OTDR29散射型光纖傳感器利用背向瑞利散射——OTDR29光纖中的背向散射光分析布里淵散射和拉曼散射在散射前后有頻移，是非彈性散射斯托克斯光反斯托克斯光3030光纖中的背向散射光分析布里淵散射和拉曼散射在散射前后有頻移，光學(xué)聲子31光學(xué)聲子31利用OTDR技術(shù)測(cè)量光纖沿線背向反射光功率的結(jié)果32利用OTDR技術(shù)測(cè)量光纖沿線背向反射光功率的結(jié)果32基于瑞利散射的傳感系統(tǒng)后向散射入射光脈沖光源檢測(cè)器33基于瑞利散射的傳感系統(tǒng)后向散射入射光脈沖光源檢測(cè)器33基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù)斯托克斯光與反斯托克斯光的強(qiáng)度比和溫度關(guān)系：Anti-stokes光強(qiáng)會(huì)隨溫度變化。Stokes光強(qiáng)與溫度無(wú)關(guān)其中a為與溫度相關(guān)的系數(shù)優(yōu)點(diǎn)：兩個(gè)光強(qiáng)之比，與光源強(qiáng)度無(wú)關(guān)，因此抗光纖老化和損耗，可保證測(cè)溫精度。34基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù)斯托克斯光與反斯托克斯光的強(qiáng)傳感器系統(tǒng)測(cè)溫區(qū)域Raman散射光兩個(gè)濾波器光纖中自發(fā)拉曼散射的反斯托克斯光與溫度緊密相關(guān)。常溫下(T=300K)其溫敏系數(shù)為8‰/℃。采用反斯托克斯與斯托克斯比值的分布式光纖溫度測(cè)量，其結(jié)果消除了光源波動(dòng)、光纖彎曲等因素的影響，只與沿光纖的溫度場(chǎng)有關(guān)，因此可長(zhǎng)時(shí)間保證測(cè)溫精度。35傳感器系統(tǒng)測(cè)溫區(qū)域Raman散射光兩個(gè)濾波器光纖中自發(fā)拉曼基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)BOTDR系統(tǒng)從一端輸入泵浦脈沖，在同一端檢測(cè)返回信號(hào)的中心波長(zhǎng)和功率。使用方便，但自發(fā)布里淵散射信號(hào)很微弱，檢測(cè)困難。在BOTDA中，處于光纖兩端的可調(diào)諧激光器分別將一脈沖光（泵浦光）與一連續(xù)光（探測(cè)光）注入傳感光纖。利用受激布里淵散射效應(yīng)，散射光強(qiáng)度更強(qiáng)3636基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)BOTDR系統(tǒng)從一端輸入泵BOTDR——定位原理對(duì)一定頻譜范圍連續(xù)不斷的進(jìn)行循環(huán)掃描，獲得各個(gè)時(shí)間段上的光譜，并將時(shí)間與位置相對(duì)應(yīng)，即可獲得沿光纖各位置處的布里淵頻譜圖，并獲得異常的布里淵頻移量和散射光功率。3737BOTDR——定位原理對(duì)一定頻譜范圍連續(xù)不斷的進(jìn)行循環(huán)掃描，幾種散射式傳感技術(shù)的比較應(yīng)用場(chǎng)合優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)OTDR斷點(diǎn)、損傷檢測(cè)連續(xù)顯示衰減情況有盲區(qū)BOTDR應(yīng)力、溫度測(cè)量精度和分辨率高要求極窄線寬、可調(diào)線寬激光器；交叉干擾；功率低BOTDA應(yīng)力、溫度測(cè)量精度和分辨率高，大動(dòng)態(tài)范圍系統(tǒng)復(fù)雜；兩端測(cè)量；不能檢測(cè)斷點(diǎn)；交叉干擾ROTDR溫度較高測(cè)溫精度返回的信號(hào)弱，大功率光源3838幾種散射式傳感技術(shù)的比較應(yīng)用場(chǎng)合優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)OTDR斷點(diǎn)、損傷檢波分復(fù)用（WDM）通過(guò)光纖總線上各傳感器的調(diào)制信號(hào)的特征波長(zhǎng)來(lái)尋址。寬帶光束注入光纖，各個(gè)傳感器的特征波長(zhǎng)不同，通過(guò)濾波系統(tǒng)求出被測(cè)信號(hào)的大小和位置39波分復(fù)用（WDM）通過(guò)光纖總線上各傳感器的調(diào)制信號(hào)的特征波長(zhǎng)波分復(fù)用示意圖40波分復(fù)用示意圖404141FBG傳感器在隧道

錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用研究42FBG傳感器在隧道

錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用研究42頻分復(fù)用和空分復(fù)用將多個(gè)光源調(diào)制在不同的頻率上，經(jīng)過(guò)各分立的傳感器后匯集在光纖總線上，每個(gè)傳感器的信息包含在總線信號(hào)中的對(duì)應(yīng)頻率上?？辗謴?fù)用是將各個(gè)傳感器的接受光纖的終端按空間位置編碼，通過(guò)掃描機(jī)構(gòu)控制選通光開(kāi)光選址。43頻分復(fù)用和空分復(fù)用將多個(gè)光源調(diào)制在不同的頻率上，經(jīng)過(guò)各分立的分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用4444分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用4444分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——周界防護(hù)光纜傳感監(jiān)控系統(tǒng)工程施工實(shí)例根據(jù)防范的不同場(chǎng)合和要求，光纖可以構(gòu)成各種形狀，環(huán)置于需要防范的周界處的適當(dāng)位置，當(dāng)入侵者侵入時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)發(fā)出告警信號(hào)4545分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——周界防護(hù)光纜傳感監(jiān)控系統(tǒng)工程施工分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——管道泄露監(jiān)測(cè)4646分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——管道泄露監(jiān)測(cè)4646各種分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用傳感原理傳感監(jiān)測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域B-OTDR應(yīng)力，溫度管道泄露監(jiān)測(cè)，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等R-OTDR溫度油氣油井里溫度分布監(jiān)測(cè)、管道泄露監(jiān)測(cè)等M-Z微振動(dòng)周界防護(hù)等Sagnac較有規(guī)律的微振動(dòng)氣體管道泄露監(jiān)測(cè)、周界防護(hù)等4747各種分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用傳感原理傳感監(jiān)測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域B-O48

光纖光柵是在光纖纖芯內(nèi)介質(zhì)折射率呈周期性調(diào)制的一種光纖無(wú)源器件，它是利用摻雜（如鍺、磷等）光纖的光敏性，通過(guò)某種工藝方法使外界入射光子和纖芯內(nèi)的摻雜離子相互作用導(dǎo)致纖芯折射率沿纖軸方向周期性或非周期性的永久變化，在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵。光纖折射率變化部分Λ輸入譜傳輸譜反射譜應(yīng)變引起波長(zhǎng)移動(dòng)III光纖光柵傳感48光纖光柵是在光纖纖芯內(nèi)介質(zhì)折射率呈周期性49寬帶光源S1S2S3Sn波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)用戶接口一根光纖上可以同時(shí)復(fù)用多個(gè)光纖光柵傳感器光纖光柵傳感49寬帶光源S1S2S3Sn波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)用戶接口一根光纖上可50長(zhǎng)期工作壽命估計(jì)

工作壽命估計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸鈻烹S時(shí)間—溫度變化光柵退火后壽命延長(zhǎng)纖芯內(nèi)鍺擴(kuò)散—>損耗增大（速度極慢）在環(huán)境溫度850C時(shí)退火光柵和未退火布喇格光柵反射率變化的比較3M質(zhì)量保證10年50長(zhǎng)期工作壽命估計(jì)工作壽命估計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?1光纖光柵型分布式傳感系統(tǒng)應(yīng)用WDM解調(diào)器的分布式FBG傳感系統(tǒng)寬帶光源WDM探測(cè)器1探測(cè)器213，41，2WDMWDM234探測(cè)器3探測(cè)器4傳感器1傳感器2傳感器3傳感器4折射率匹配液FBG1FBG2折射率匹配液FBG3FBG412341,2,3,451光纖光柵型分布式傳感系統(tǒng)應(yīng)用WDM解調(diào)器的分布式FBG傳52光纖光柵傳感器埋入式應(yīng)變傳感器埋入式溫度傳感器表面式應(yīng)變傳感器表面式溫度傳感器52光纖光柵傳感器埋入式應(yīng)變傳感器埋入式溫度傳感器表面式應(yīng)變53光纖光柵地震檢波器技術(shù)：成熟的光纖器件光纖光柵傳感阻尼系統(tǒng)

可實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)：

(1)有效頻率范圍：10－300Hz(2)主頻范圍：60－90Hz(3)動(dòng)態(tài)范圍：90－110dB(4)阻尼系數(shù)：0.7－1.0

(5)工作溫度范圍:-40－+800C(6)使用壽命:跌落次數(shù)大于3000次

(1米高度跌落)53光纖光柵地震檢波器技術(shù)：可實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)：54左圖是無(wú)振動(dòng)時(shí)的背景噪聲，右圖出示了當(dāng)人從傳感器周?chē)苓^(guò)時(shí)的效果圖，充分說(shuō)明了該傳感器的性能。光纖光柵地震檢波器54左圖是無(wú)振動(dòng)時(shí)的背景噪聲，右圖出示了當(dāng)人從傳感器周?chē)苓^(guò)55光纖光柵傳感器的優(yōu)勢(shì)光纖光柵傳感器輸出的是絕對(duì)量，無(wú)零飄；體積小，易于安裝；抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、可靠性高，可以用于各種潮濕、強(qiáng)電磁干擾的惡劣環(huán)境中；感應(yīng)與傳輸傳感信號(hào)的載體為光波，本質(zhì)安全；在一根光纖中可以串聯(lián)多個(gè)光纖光柵，形成準(zhǔn)分布式傳感系統(tǒng)；壽命長(zhǎng)，適于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；信號(hào)傳輸損失極小，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的監(jiān)測(cè)。55光纖光柵傳感器的優(yōu)勢(shì)光纖光柵傳感器輸出的是絕對(duì)量，無(wú)零飄56光纖光柵傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域橋梁、大壩、隧道、特殊建筑物的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)高速公路、鐵路、地鐵的應(yīng)力應(yīng)變分析船體結(jié)構(gòu)與飛行器的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)電廠、電力線、隧道和石化企業(yè)的火災(zāi)監(jiān)控山體滑坡、松動(dòng)與地震的監(jiān)測(cè)海上石油平臺(tái)和提升裝置的監(jiān)測(cè)井下溫度與壓力的測(cè)量輸油管道、天然氣管道等泄露、流量與健康狀況的監(jiān)測(cè)油罐，蓄水池的溫度、液位監(jiān)測(cè)56光纖光柵傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域橋梁、大壩、隧道、特殊建筑物的結(jié)57光纖周界安全警戒網(wǎng)可埋入地下，也可與傳統(tǒng)鐵絲網(wǎng)結(jié)合使用，具有事件的智能判斷和定位功能，適用于：邊防線警戒，軍營(yíng)及重要庫(kù)區(qū)的安全警戒57光纖周界安全警戒網(wǎng)可埋入地下，也可與傳統(tǒng)鐵絲網(wǎng)結(jié)合使用，58光纖周界安全警戒網(wǎng)性能指標(biāo)：高靈敏度的警戒網(wǎng)，工作距離500米～50公里，報(bào)警響應(yīng)：響應(yīng)時(shí)間<4s，長(zhǎng)距離工作時(shí)定位精度：100m誤報(bào)率：對(duì)固定介質(zhì)方式≤2次/季度、地埋方式≤2次/年防范距離：50KM報(bào)警輸出接口：RS485、RS232、USB2.0、繼電器干觸電可區(qū)分緊急警報(bào)與非緊急警報(bào)、可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、GPRS、手機(jī)短信發(fā)送報(bào)警信息。58光纖周界安全警戒網(wǎng)性能指標(biāo)：嵌入式傳感將傳感頭以特定的方式與被測(cè)材料/結(jié)構(gòu)相結(jié)合植入粘接應(yīng)用需求航空、航天領(lǐng)域的應(yīng)用智能型士兵智能型降落傘大型建筑物－橋梁、大壩的監(jiān)測(cè)59嵌入式傳感將傳感頭以特定的方式與被測(cè)材料/結(jié)構(gòu)相結(jié)合59適宜用作嵌入式的傳感器類型對(duì)嵌入式傳感器的要求－對(duì)被測(cè)材料的性能無(wú)影響。機(jī)械性能：體積、材質(zhì)、理化穩(wěn)定性、與材料的結(jié)合能力等傳感功能：測(cè)量精度、信號(hào)處理網(wǎng)絡(luò)功能：分布式傳感、通信、組網(wǎng)等適合的類型：光纖傳感器－強(qiáng)度型、相位調(diào)制型、FBGs60適宜用作嵌入式的傳感器類型對(duì)嵌入式傳感器的要求－對(duì)被測(cè)材料的嵌入式光纖傳感器制造技術(shù)

－光纖與多種材料的結(jié)合嵌入鋁錠材料的高溫藍(lán)寶石光纖嵌入陶瓷材料的光纖61嵌入式光纖傳感器制造技術(shù)

－光纖與多種材料的結(jié)合嵌入鋁錠嵌入式光纖傳感器制造技術(shù)

－光纖與多種材料的結(jié)合(續(xù))編織在復(fù)合材料中的多模光纖(carbon/resin-epoxy)62嵌入式光纖傳感器制造技術(shù)

－光纖與多種材料的結(jié)合(續(xù))編

需求1、軍事應(yīng)用智能士兵63需求1、軍事應(yīng)用智能士兵63主要問(wèn)題實(shí)現(xiàn)光纖與紡織材料/纖維的自動(dòng)編織自動(dòng)編織對(duì)光纖的選擇性要求被嵌入材料特性對(duì)光纖傳輸特性的理論與實(shí)驗(yàn)研究嵌入式傳感器

－光纖與復(fù)合材料結(jié)合技術(shù)研究（續(xù)）64主要問(wèn)題嵌入式傳感器

－光纖與復(fù)合材料結(jié)合技術(shù)研究（續(xù)）646565knittingweaving光纖與復(fù)合材料結(jié)合技術(shù)研究（續(xù)）

－自動(dòng)編織技術(shù)66knittingweaving光纖與復(fù)合材料結(jié)合技術(shù)研究（續(xù)與PhiladelphiaUniversity合作研究項(xiàng)目

–

對(duì)自動(dòng)織布機(jī)的技術(shù)改造光纖與復(fù)合材料結(jié)合技術(shù)研究（續(xù)）

－自動(dòng)編織技術(shù)67與PhiladelphiaUniversity合作研究光纖與復(fù)合材料結(jié)合技術(shù)研究（續(xù)）

－自動(dòng)編織技術(shù)68光纖與復(fù)合材料結(jié)合技術(shù)研究（續(xù)）

－自動(dòng)編織技術(shù)68光纖與復(fù)合材料結(jié)合技術(shù)研究（續(xù)）

－自動(dòng)編織技術(shù)69光纖與復(fù)合材料結(jié)合技術(shù)研究（續(xù)）

－自動(dòng)編織技術(shù)69需求2、航空航天采用了FBG傳感器陣列的自適應(yīng)機(jī)翼DaimlerChryslerAG裝有FBG氣體溫度傳感器陣列的太空船模型CL-7570需求2、航空航天采用了FBG傳感器陣列的自適應(yīng)機(jī)翼裝有FBG太空飛船X-38的再入式實(shí)驗(yàn)飛行器（NASA圖片）傳感器布測(cè)區(qū)域a.分布式溫度傳感方案b.分布式應(yīng)力傳感方案輸出信號(hào)沿光纖傳輸光的背向散射分量光纖溫度傳感元平面溫度場(chǎng)分布輸入信號(hào)埋入光纖應(yīng)力傳感元輸入信號(hào)輸出信號(hào)光纖監(jiān)測(cè)網(wǎng)損傷探測(cè)71光纖蒙皮需求2、航空航天（續(xù)）71太空飛船X-38的再入式實(shí)驗(yàn)飛行器傳感器布測(cè)區(qū)域a.分布式溫72Theend!72Theend!光纖傳感器OpticalFiberSensor

73光纖傳感器1目錄光纖傳感背景光纖傳感原理光纖傳感應(yīng)用74目錄光纖傳感背景2傳感器分類75傳感器分類3傳感器比較76分類內(nèi)容光纖傳感器電類傳感器調(diào)制參量振幅：吸收、反射等相位、偏振態(tài)…..電阻、電容、電感等敏感材料溫-光敏、力-光敏、磁-光敏…

溫-電敏、力-電敏、磁-電敏…

傳輸信號(hào)光電傳輸介質(zhì)光纖、光纜電線、電纜光纖傳感器是與電類傳感器并行互補(bǔ)的一類新型傳感器。傳感器比較4分類光纖傳感器電類傳感器調(diào)制參量振幅：吸收、反77光波在光纖中傳播時(shí)，表征光波的特征參量（振幅、相位、偏振態(tài)、頻率等），因外界因素（如溫度、壓力、應(yīng)力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)…等）的作用而直接或間接地發(fā)生變化，從而可將光纖用作傳感元件來(lái)探測(cè)各種物理量。優(yōu)點(diǎn)高靈敏度、高精度、高速度質(zhì)輕、體小、外形可變環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；耐腐蝕、無(wú)電火花、安全可靠對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小被測(cè)對(duì)象廣泛便于復(fù)用，便于成網(wǎng)基本原理5光波在光纖中傳播時(shí)，表征光波的特征參量（振幅、相位、78溫度Temperature壓力Pressure應(yīng)力Strain位移Displacement加速度Acceleration流量Flowrate振動(dòng)Vibration化學(xué)成分Chemicalconcentrations電/磁場(chǎng)ElectricalandMagneticFields轉(zhuǎn)速Rotationrate可測(cè)量的物理量6溫度Temperature可測(cè)量的物理量79強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器

IntensityModulationOFS相位調(diào)制型光纖傳感器

PhaseModulationOFS偏振調(diào)制型光纖傳感器

PolarizationModulationOFS波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器

WavelengthModulationOFS光纖傳感器（OFS）分類7強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器光纖傳感器（OFS）分類80是一種利用被測(cè)對(duì)象的變化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等參數(shù)的變化，而導(dǎo)致光強(qiáng)度變化來(lái)實(shí)現(xiàn)敏感測(cè)量的傳感器。有利用光纖的微彎損耗；各物質(zhì)的吸收特性；振動(dòng)膜或液晶的反射光強(qiáng)度的變化；物質(zhì)因各種粒子射線或化學(xué)、機(jī)械的激勵(lì)而發(fā)光的現(xiàn)象；以及物質(zhì)的熒光輻射或光路的遮斷等來(lái)構(gòu)成壓力、振動(dòng)、溫度、位移、氣體等各種強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，成本低。缺點(diǎn)：受光源強(qiáng)度波動(dòng)和連接器損耗變化等影響較大。強(qiáng)度調(diào)制型傳感器8是一種利用被測(cè)對(duì)象的變化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等81當(dāng)一恒定光源的光波IIN注入調(diào)制區(qū)，在外力場(chǎng)強(qiáng)Is的作用下，輸出光波的強(qiáng)度被Is所調(diào)制，載有外力場(chǎng)信息的出射光IOUT的包絡(luò)線與Is形狀相同，光（強(qiáng)度）探測(cè)器的輸出電流ID(或電壓)也反映出了作用力場(chǎng)。同理，可以利用其他各種對(duì)光強(qiáng)的調(diào)制方式，如光纖位移、光柵、反射式、微彎、模斑、斑圖、輻射等來(lái)調(diào)制入射光，從而形成相應(yīng)的調(diào)制器。9當(dāng)一恒定光源的光波IIN注入調(diào)制區(qū)，在外力場(chǎng)強(qiáng)Is的作用82濾模器激光器光探測(cè)器信號(hào)處理變形器光纖微彎傳感器10濾模器激光器光探測(cè)器信號(hào)處理變形器光纖微彎傳感器83

當(dāng)光線射入微彎曲段的界面上時(shí)，入射角將小于臨界角。這時(shí)一部分光在纖芯和包層的界面上反射；另一部分光則透射進(jìn)入包層，從而導(dǎo)致光能的損耗。11當(dāng)光線射入微彎曲段的界面上時(shí)，入射角將小于臨界角84光纖橫向施以微小力使光纖發(fā)生微小彎曲，則光纖中傳輸?shù)牟▽?dǎo)模式間發(fā)生耦合而使能量交換簡(jiǎn)單地說(shuō)，當(dāng)光纖受到彎曲后，有少量的芯模能量會(huì)轉(zhuǎn)換成包層模能量而損失掉，通過(guò)測(cè)量包層?；蛐灸Ｄ芰康淖兓@得外界待測(cè)物理量的變化。光纖微彎曲傳感器的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是光功率維持在光纖內(nèi)部，這樣就可以免除周?chē)h(huán)境污染的影響，適宜在惡劣環(huán)境中使用。另外，它還有靈敏度較高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)范圍寬（超過(guò)110dB）、線性度較好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。12光纖橫向施以微小力使光纖發(fā)生微小彎曲，則光纖中傳輸?shù)牟▽?dǎo)85功能型調(diào)制（光纖既傳輸又傳感）

相位調(diào)制型傳感器相位變化的檢測(cè)需要轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度的變化----干涉法！13功能型調(diào)制（光纖既傳輸又傳感）相位調(diào)制86功能型調(diào)制

光波通過(guò)長(zhǎng)度為l的光纖，相位延遲為為光波在光纖中的傳播常數(shù)可以寫(xiě)成Δa是光纖直徑變化，通常較小，可以忽略14功能型調(diào)制

光波通過(guò)長(zhǎng)度為l的光纖，相位延遲為為光87邁克爾遜光纖干涉儀光纖干涉儀（1）LD探測(cè)臂參考臂PD信號(hào)處理光纖反射端面固定可移動(dòng)耦合器15邁克爾遜光纖干涉儀光纖干涉儀（1）LD探測(cè)臂參考臂P88馬赫－增德?tīng)枺∕－Z）光纖干涉儀光纖干涉儀（2）LD探測(cè)臂參考臂干涉條紋耦合器耦合器16馬赫－增德?tīng)枺∕－Z）光纖干涉儀光纖干涉儀（2）LD探測(cè)89薩格奈克效應(yīng)相位調(diào)制CW經(jīng)歷的光程為CCW經(jīng)歷的光程為兩者的光程差為又可以寫(xiě)成環(huán)包圍的面積17薩格奈克效應(yīng)相位調(diào)制CW經(jīng)歷的光程為CCW經(jīng)歷的光程為兩90薩格奈克效應(yīng)相位調(diào)制對(duì)應(yīng)的相位差0----真空中的波長(zhǎng)C0----真空中的光速18薩格奈克效應(yīng)相位調(diào)制對(duì)應(yīng)的相位差0----真空中的波長(zhǎng)91偏振調(diào)制型光纖傳感器

偏振調(diào)制型光纖傳感器是最復(fù)雜同時(shí)也是最精巧的傳感器.使用法拉第效應(yīng)（FaradayEffect）通過(guò)極化測(cè)量磁場(chǎng)極化不是由彎曲、拉伸和扭轉(zhuǎn)引起的法拉第磁光效應(yīng)：

1845年，法拉第在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一束線偏振光通過(guò)非旋光性介質(zhì)時(shí)，如果在介質(zhì)中沿光傳播方向加一外磁場(chǎng)，則光通過(guò)介質(zhì)后，光振動(dòng)（指電矢量）的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度θ，這種磁場(chǎng)使介質(zhì)產(chǎn)生旋光性的現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)或者磁致旋光效應(yīng)。19偏振調(diào)制型光纖傳感器

偏振調(diào)制型光纖傳感器是最復(fù)雜同時(shí)也92偏振調(diào)制調(diào)制型光纖傳感器中最典型的例子是高壓傳輸線用光纖電流傳感器，其基本原理是前述介紹的法拉第效應(yīng)（磁光效應(yīng)）

光纖電流傳感器原理示意圖光纖電流傳感器

20偏振調(diào)制調(diào)制型光纖傳感器中最典型的例子是高壓傳輸線用光纖93當(dāng)平面偏振光在強(qiáng)度為H的磁場(chǎng)作用下，線偏振光在物質(zhì)中通過(guò)的距離L時(shí)電矢量E旋轉(zhuǎn)角為θ。如果這個(gè)磁場(chǎng)是由長(zhǎng)直載流導(dǎo)線產(chǎn)生的，根據(jù)安培環(huán)路定律：光纖電流傳感器

式中：I—載流導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度；r—導(dǎo)線外任一觀測(cè)點(diǎn)到導(dǎo)線的垂直距離。由此可見(jiàn)，只要根據(jù)磁光效應(yīng)，利用光纖傳感器測(cè)量出導(dǎo)線外任一點(diǎn)r的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，即可得到導(dǎo)線中的電流I。21當(dāng)平面偏振光在強(qiáng)度為H的磁場(chǎng)作用下，線偏振光在物質(zhì)中通過(guò)94為了利用光纖測(cè)量導(dǎo)線中的電流，可以將單模光纖繞在載流導(dǎo)線上，形成一個(gè)半徑為r的螺線管，光纖螺線管的光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)。在強(qiáng)度為H的磁場(chǎng)作用下，通過(guò)光纖的線偏振光的振動(dòng)面將會(huì)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)，只要檢測(cè)出這個(gè)偏轉(zhuǎn)角即可知道導(dǎo)線中電流I的大小。

光纖電流傳感器

測(cè)量范圍：50A—2400A

測(cè)量準(zhǔn)確度：好于0.3%(偏振光磁旋)常數(shù)：0.0155minute/A測(cè)量相角誤差：<6’(0—2400A)

工作電壓測(cè)試：760.8KV.(一分鐘)工作溫度：－10－60度典型指標(biāo):22為了利用光纖測(cè)量導(dǎo)線中的電流，可以將單模光纖繞在載流導(dǎo)線95偏振調(diào)制型光纖傳感器23偏振調(diào)制型光纖傳感器分布式光纖傳感96分布式光纖傳感24準(zhǔn)分布式光纖傳感原理將呈一定空間分布的相同類型的光纖傳感器耦合到一根或多根光纖總線上，通過(guò)尋址、解調(diào)，檢測(cè)出被測(cè)量的大小及空間分布，光纖總線僅起傳光作用。尋址方式時(shí)分復(fù)用（TDM-TimeDivisionMultiplex)波分復(fù)用（WDM-WavelengthDivisionMultiplex)偏分復(fù)用（PDM-PolarizationDivisionMultiplex)空分復(fù)用（SDM-SpaceDivisionMultiplex)頻分復(fù)用（FDM-FrequencyDivisionMultiplex)97準(zhǔn)分布式光纖傳感原理將呈一定空間分布的相同類型的光纖傳感器耦時(shí)分復(fù)用（TDM）光纖對(duì)光波的延遲效應(yīng)來(lái)尋址脈寬小于光纖總線上相鄰傳感器的傳輸時(shí)間光纖總線輸入端注入，各傳感器距光脈沖發(fā)射端距離不同。接收到每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器，延時(shí)對(duì)應(yīng)地址光脈沖變化量反映該點(diǎn)被測(cè)量的大小98時(shí)分復(fù)用（TDM）光纖對(duì)光波的延遲效應(yīng)來(lái)尋址26時(shí)分復(fù)用示意圖99時(shí)分復(fù)用示意圖27光時(shí)域反射（OTDR）技術(shù)OpticalTimeDomainReflectometry100光時(shí)域反射（OTDR）技術(shù)OpticalTimeDoma散射型光纖傳感器利用背向瑞利散射——OTDR利用布里淵散射——B-OTDR利用拉曼散射——R-OTDR101散射型光纖傳感器利用背向瑞利散射——OTDR29光纖中的背向散射光分析布里淵散射和拉曼散射在散射前后有頻移，是非彈性散射斯托克斯光反斯托克斯光102102光纖中的背向散射光分析布里淵散射和拉曼散射在散射前后有頻移，光學(xué)聲子103光學(xué)聲子31利用OTDR技術(shù)測(cè)量光纖沿線背向反射光功率的結(jié)果104利用OTDR技術(shù)測(cè)量光纖沿線背向反射光功率的結(jié)果32基于瑞利散射的傳感系統(tǒng)后向散射入射光脈沖光源檢測(cè)器105基于瑞利散射的傳感系統(tǒng)后向散射入射光脈沖光源檢測(cè)器33基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù)斯托克斯光與反斯托克斯光的強(qiáng)度比和溫度關(guān)系：Anti-stokes光強(qiáng)會(huì)隨溫度變化。Stokes光強(qiáng)與溫度無(wú)關(guān)其中a為與溫度相關(guān)的系數(shù)優(yōu)點(diǎn)：兩個(gè)光強(qiáng)之比，與光源強(qiáng)度無(wú)關(guān)，因此抗光纖老化和損耗，可保證測(cè)溫精度。106基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù)斯托克斯光與反斯托克斯光的強(qiáng)傳感器系統(tǒng)測(cè)溫區(qū)域Raman散射光兩個(gè)濾波器光纖中自發(fā)拉曼散射的反斯托克斯光與溫度緊密相關(guān)。常溫下(T=300K)其溫敏系數(shù)為8‰/℃。采用反斯托克斯與斯托克斯比值的分布式光纖溫度測(cè)量，其結(jié)果消除了光源波動(dòng)、光纖彎曲等因素的影響，只與沿光纖的溫度場(chǎng)有關(guān)，因此可長(zhǎng)時(shí)間保證測(cè)溫精度。107傳感器系統(tǒng)測(cè)溫區(qū)域Raman散射光兩個(gè)濾波器光纖中自發(fā)拉曼基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)BOTDR系統(tǒng)從一端輸入泵浦脈沖，在同一端檢測(cè)返回信號(hào)的中心波長(zhǎng)和功率。使用方便，但自發(fā)布里淵散射信號(hào)很微弱，檢測(cè)困難。在BOTDA中，處于光纖兩端的可調(diào)諧激光器分別將一脈沖光（泵浦光）與一連續(xù)光（探測(cè)光）注入傳感光纖。利用受激布里淵散射效應(yīng)，散射光強(qiáng)度更強(qiáng)108108基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)BOTDR系統(tǒng)從一端輸入泵BOTDR——定位原理對(duì)一定頻譜范圍連續(xù)不斷的進(jìn)行循環(huán)掃描，獲得各個(gè)時(shí)間段上的光譜，并將時(shí)間與位置相對(duì)應(yīng)，即可獲得沿光纖各位置處的布里淵頻譜圖，并獲得異常的布里淵頻移量和散射光功率。109109BOTDR——定位原理對(duì)一定頻譜范圍連續(xù)不斷的進(jìn)行循環(huán)掃描，幾種散射式傳感技術(shù)的比較應(yīng)用場(chǎng)合優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)OTDR斷點(diǎn)、損傷檢測(cè)連續(xù)顯示衰減情況有盲區(qū)BOTDR應(yīng)力、溫度測(cè)量精度和分辨率高要求極窄線寬、可調(diào)線寬激光器；交叉干擾；功率低BOTDA應(yīng)力、溫度測(cè)量精度和分辨率高，大動(dòng)態(tài)范圍系統(tǒng)復(fù)雜；兩端測(cè)量；不能檢測(cè)斷點(diǎn)；交叉干擾ROTDR溫度較高測(cè)溫精度返回的信號(hào)弱，大功率光源110110幾種散射式傳感技術(shù)的比較應(yīng)用場(chǎng)合優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)OTDR斷點(diǎn)、損傷檢波分復(fù)用（WDM）通過(guò)光纖總線上各傳感器的調(diào)制信號(hào)的特征波長(zhǎng)來(lái)尋址。寬帶光束注入光纖，各個(gè)傳感器的特征波長(zhǎng)不同，通過(guò)濾波系統(tǒng)求出被測(cè)信號(hào)的大小和位置111波分復(fù)用（WDM）通過(guò)光纖總線上各傳感器的調(diào)制信號(hào)的特征波長(zhǎng)波分復(fù)用示意圖112波分復(fù)用示意圖4011341FBG傳感器在隧道

錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用研究114FBG傳感器在隧道

錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用研究42頻分復(fù)用和空分復(fù)用將多個(gè)光源調(diào)制在不同的頻率上，經(jīng)過(guò)各分立的傳感器后匯集在光纖總線上，每個(gè)傳感器的信息包含在總線信號(hào)中的對(duì)應(yīng)頻率上。空分復(fù)用是將各個(gè)傳感器的接受光纖的終端按空間位置編碼，通過(guò)掃描機(jī)構(gòu)控制選通光開(kāi)光選址。115頻分復(fù)用和空分復(fù)用將多個(gè)光源調(diào)制在不同的頻率上，經(jīng)過(guò)各分立的分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用116116分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用4444分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——周界防護(hù)光纜傳感監(jiān)控系統(tǒng)工程施工實(shí)例根據(jù)防范的不同場(chǎng)合和要求，光纖可以構(gòu)成各種形狀，環(huán)置于需要防范的周界處的適當(dāng)位置，當(dāng)入侵者侵入時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)發(fā)出告警信號(hào)117117分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——周界防護(hù)光纜傳感監(jiān)控系統(tǒng)工程施工分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——管道泄露監(jiān)測(cè)118118分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用——管道泄露監(jiān)測(cè)4646各種分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用傳感原理傳感監(jiān)測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域B-OTDR應(yīng)力，溫度管道泄露監(jiān)測(cè)，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等R-OTDR溫度油氣油井里溫度分布監(jiān)測(cè)、管道泄露監(jiān)測(cè)等M-Z微振動(dòng)周界防護(hù)等Sagnac較有規(guī)律的微振動(dòng)氣體管道泄露監(jiān)測(cè)、周界防護(hù)等119119各種分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用傳感原理傳感監(jiān)測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域B-O120

光纖光柵是在光纖纖芯內(nèi)介質(zhì)折射率呈周期性調(diào)制的一種光纖無(wú)源器件，它是利用摻雜（如鍺、磷等）光纖的光敏性，通過(guò)某種工藝方法使外界入射光子和纖芯內(nèi)的摻雜離子相互作用導(dǎo)致纖芯折射率沿纖軸方向周期性或非周期性的永久變化，在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵。光纖折射率變化部分Λ輸入譜傳輸譜反射譜應(yīng)變引起波長(zhǎng)移動(dòng)III光纖光柵傳感48光纖光柵是在光纖纖芯內(nèi)介質(zhì)折射率呈周期性121寬帶光源S1S2S3Sn波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)用戶接口一根光纖上可以同時(shí)復(fù)用多個(gè)光纖光柵傳感器光纖光柵傳感49寬帶光源S1S2S3Sn波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)用戶接口一根光纖上可122長(zhǎng)期工作壽命估計(jì)

工作壽命估計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸鈻烹S時(shí)間—溫度變化光柵退火后壽命延長(zhǎng)纖芯內(nèi)鍺擴(kuò)散—>損耗增大（速度極慢）在環(huán)境溫度850C時(shí)退火光柵和未退火布喇格光柵反射率變化的比較3M質(zhì)量保證10年50長(zhǎng)期工作壽命估計(jì)工作壽命估計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?23光纖光柵型分布式傳感系統(tǒng)應(yīng)用WDM解調(diào)器的分布式FBG傳感系統(tǒng)寬帶光源WDM探測(cè)器1探測(cè)器213，41，2WDMWDM234探測(cè)器3探測(cè)器4傳感器1傳感器2傳感器3傳感器4折射率匹配液FBG1FBG2折射率匹配液FBG3FBG412341,2,3,451光纖光柵型分布式傳感系統(tǒng)應(yīng)用WDM解調(diào)器的分布式FBG傳124光纖光柵傳感器埋入式應(yīng)變傳感器埋入式溫度傳感器表面式應(yīng)變傳感器表面式溫度傳感器52光纖光柵傳感器埋入式應(yīng)變傳感器埋入式溫度傳感器表面式應(yīng)變125光纖光柵地震檢波器技術(shù)：成熟的光纖器件光纖光柵傳感阻尼系統(tǒng)

可實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)：

(1)有效頻率范圍：10－300Hz(2)主頻范圍：60－90Hz(3)動(dòng)態(tài)范圍：90－110dB(4)阻尼系數(shù)：0.7－1.0

(5)工作溫度范圍:-40－+800C(6)使用壽命:跌落次數(shù)大于3000次

(1米高度跌落)53光纖光柵地震檢波器技術(shù)：可實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)：126左圖是無(wú)振動(dòng)時(shí)的背景噪聲，右圖出示了當(dāng)人從傳感器周?chē)苓^(guò)時(shí)的效果圖，充分說(shuō)明了該傳感器的性能。光纖光柵地震檢波器54左圖是無(wú)振動(dòng)時(shí)的背景噪聲，右圖出示了當(dāng)人從傳感器周?chē)苓^(guò)127光纖光柵傳感器的優(yōu)勢(shì)光纖光柵傳感器輸出的是絕對(duì)量，無(wú)零飄；體積小，易于安裝；抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、可靠性高，可以用于各種潮濕、強(qiáng)電磁干擾的惡劣環(huán)境中；感應(yīng)與傳輸傳感信號(hào)的載體為光波，本質(zhì)安全；在一根光纖中可以串聯(lián)多個(gè)光纖光柵，形成準(zhǔn)分布式傳感系統(tǒng)；壽命長(zhǎng)，適于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；信號(hào)傳輸損失極小，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的監(jiān)測(cè)。55光纖光柵傳感器的優(yōu)勢(shì)光纖光柵傳感器輸出的是絕對(duì)量，無(wú)零飄128光纖光柵傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域橋梁、大壩、隧道