一、概述

生產安全和運營安全一直是各行業各級部門和企業高度重視的問題。光纖光柵傳感器是目前國際上新一代光纖傳感器,具有本質防爆、抗強電磁干擾、防雷擊、高精度、重量輕、體積小,能方便地使用波分復用技術在一根光纖中串接多個光纖光柵分布式測量等優點,特別適合電力、石油、化工、路橋、大壩、隧道、消防等行業中的在線安全監測。

光纖光柵溫度/應變監測系統包括光纖光柵傳感器和光纖光柵信號解調儀,具有精度高、可靠性高、抗電磁干擾、易于成網形成準分布式監測網絡以及與其他類傳感系統兼容性強等優點。系統采用光纖光柵作為溫度傳感元件;系統也采用光纖光柵作為結構安全和狀態健康監測傳感器,埋入式應變傳感器主要埋設在水工建筑物或其他混凝土建筑物內以便長期觀測結構內部的應變量變化,表面應變傳感器主要用于測量混凝土、鋼結構等的表面應變和裂縫變化監測,也可用于路橋、大型建筑、鋼結構等的振動檢測。光纖光柵信號解調儀用于對光纖光柵傳感器的信號檢測和數據處理,可實現多個通道同步掃描。系統可提供實時溫度監測數據結果,達到或超過設定的警戒值時系統將觸發報警同時把報警信號輸出,系統設有數據通信接口可實現局域網和遠程聯網通信及操控,系統軟件具有存儲、打印???,具有歷史報表繪制功能。

二、關鍵技術

A、光纖光柵敏化與封裝技術

由于裸的光纖光柵直徑只有125um,在惡劣的工程環境中容易損傷,只有對其進行?;ば緣姆庾?如埋入村底材料中),才能賦予光紓光柵更穩定的性能, 延長其壽命,傳感器才能交付使用。同時,通過設計封裝的結構,選用不同的封裝材料,可以實現溫度補償、應力和溫度的增敏等功能,這類“功能型封裝”的研究正逐漸受到重視。

B、光纖光柵傳感信號解調技術

信號解調是光纖光柵傳感系統實用化所面臨的最大難題.其核心問題在于設計高分辨率、低成本的波長檢測方案。對此,有兩個主要的解決途徑:一是提高傳感光柵對待測量的波長響應靈敏度,這需從特殊光柵傳感頭的制作入手;二是改進波長編碼信號的解調方法,綜臺考慮分辨率與成本。目前信號解調方法主要有匹配光纖光柵濾波法、邊緣濾波法、非平衡掃描邁克爾遜干涉法、可調諧F-P濾波法、可調諧窄帶光源法以及衍射法。

C、光纖光柵傳感復用和網絡技術

目前,單點和單參數的傳感顯然已經不能滿足人們的要求,大規模、長距離及分布式的傳感技術己成為研究熱點。在設計光纖光柵傳感系統時,應該盡量做到:僅僅通過一兩根光纖就盡可能多地尋址傳感器、最有效地利用光能量、減小串擾、保證每個傳感器的性能等。由于光纖光柵可以靈活地串并接,并且能夠分別對壓力、溫度和振動等多種參量實時感測,因此,可以借鑒光復用技術將波分復用(WDM)、時分復用(TDM)和空分復用(SDM)技術與先進的信號處理機制及無線傳輸技術等技術結合起來,構建多維智能型傳感系統,應用于大型結構的健康監測當中。

三、應用領域

    ?  應用于電力、冶金、石化等行業的密閉高壓開關柜、輸配動力電纜以及中控室的溫度在線安全監測和事故點定位

?  應用于水電、大壩等狀態參數如結構變形、裂縫和滲漏的在線安全監測

?  隧道、路橋、土木工程、大型建筑的安全監測和報警

?  煉油/儲油/管道的安全監測、泄漏檢測以及故障點檢測

?  航空航天、船舶、生物醫學、核工業以及軍事武器裝備等領域的應力監測

四、綜述

光纖光柵的出現,深刻地影響著光纖信息傳輸的設計及光子器件的研制,它使許多復雜的全光纖通信、多點分布式傳感及其網絡監測成為可能,極大地拓寬了光纖技術的應用范圍。而基丁光纖光柵的傳感器的設計及應用是一個方興未艾的領域,有著諸多需要深入研究的課題以及非常廣闊的發展前景??梢栽ち?,隨著光纖光柵傳感頭敏化與封裝技術的改進、傳感信號解調技術的優化以及復用和網絡規模的進一步擴大。必將大大地推動光纖光柵傳感器實用化的進程。


光纖光柵溫度/應變在線安全監測系統
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