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光纤传感基础常识

光纤传感技术收集有关结构的应变和温度数据,以验证结构和热模型,确保结构完整性并提高运行效率。
 

光纤传感与传统技术

应变计和热电偶长期以来一直是测试过程中测量应变和温度的标准。尽管这些技术已经存在了数十年,但它们并不总是能够有效地测试和监控当今的创新。遗留技术的局限性与准确性无关,而主要与数据提供的洞察力水平有关。应变计和热电偶仅提供信息点,而某些类型的光纤传感器可沿光纤的整个长度提供空间连续的数据。因此,工程师可以测量结构上的应变场和温度分布,以便更好地了解组件在不同条件下的行为。点传感器只允许工程师监控关键点,分布式(空间连续数据)传感器可以测量关键点和两者之间发生的事情。在设计新的复合材料时,这种洞察力是非常宝贵的。另外,光纤传感器可以嵌入材料中,以便更好地了解复合部件和结构的内部行为。

光纤传感基础常识

固有的光纤传感技术,其中光纤电缆本身就是传感器。在内在传感器的划分中,一般来说,有三代技术:基于点光纤布拉格光栅(FBG)的传感器,散射和基于空间连续的FBG。散射技术采用完全分布式测量,而FBG技术可以具有少量感测点或完全分布,这取决于系统如何说明来自传感元件的信号。

FBG充当微小的镜子,并被制造成光纤的核心。当光沿着光纤传播时,每个光栅将一部分信号反射回系统。系统识别返回信号的变化并说明该信息以提供准确的应变和温度测量。大多数基于FBG的系统沿每根光纤都有一些感应点。虽然这种多路复用功能是传统技术的一大进步,但它仍然无法提供关键区域之间监控所需的传感器密度。点FBG传感器的一些优势包括精度,实行动态测试的能力以及高速数据采集。

散射技术根本不使用FBG,而是依赖于光缆中的缺陷来获得读数。目前,传感系统中使用了三种不同类型的散射技术,每种技术都具有不同的功能。一般而言,基于散射的光纤传感系统受益于分布式数据和长传感长度。然而,它们具有低数据保真度,数分钟量级的非常慢的数据采集速率,并且易受振动限制它们进行静态操作。

采用的技术融合了FBG点传感器和基于散射的系统的优势。使用FBG作为光纤中的传感元件,但是沿着光纤的整个长度连续刻录它们。这与用于说明信号的技术一起使大家的平台能够采用空间连续数据,同时保留使用FBG所提供的精度,动态测试和高采集速率。这使工程师能够在静态或动态环境中获得全应变场,温度梯度和其他参数的精确测量。使用光纤提供的分布式应变数据,平台还可以测量内部和外加载荷,偏转,3D形状和液位。

分布式应变和温度传感技术使用数千个传感器的光来测试和测量材料的完整性,并提高各行业系统的安全性和性能。通过利用系统,工程师可以在苛刻的环境中收集和分析材料和结构数据。这有助于解决全球范围内的问题,并鼓励设备的可持续开发,运营和维护

传感器市场处于从点传感器到分布式传感器和智能数据采集设备的转变的尖端,这些设备一次可以测量多个参数。现有的数据采集硬件能够支撑多种传感器类型,然而,电缆的重量和传感器的繁琐安装使得传统解决方案的部署变得麻烦。多传感平台简而言之,传感器技术可以同时监控多个参数(应变,温度,偏转等),并且足够强大,可以在整个组织的多个应用程序中部署,并在整个产品生命周期中使用。它不仅仅是能够使用相同的数据采集硬件监控不同的参数。更重要的是,多传感平台可以整合传感技术,因此相同的硬件(应用技术的微小变化)可以适应组织的多个测试和监控需求。为了实现这一点,传感系统必须实时获得空间连续信息,能够进行动态测量,能够容易地与网络集成并在实验室或恶劣环境中表现良好。

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