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分布式光纤传感器的特点和应用

光纤传感器的原理和应用领域

光纤传感器的英文全称是Fiber Optical Sensor,英文简称FOS。在现代社会的很多方面都有着广泛的应用前景和发展前途,在一些相关的领域已经开发出各种光纤传感器,常见有温度、应变、压力、液位、气体、光纤陀螺等传感器。光纤传感器是利用光纤中传输的光波感测外部环境变化来实现监测。光纤传感器的工作过程是当入射光源由光纤传输送至调制器,光参数因为外界被测参数改变而变化成为被调制的光信息,然后由光电检测器件来检测调制的光信号,经解调器后获得外界参数。

光纤测温

分布式光纤传感技术

分布式光纤传感器并作为一门迅猛崛起的高新传感技术,光纤传感器的理论发展和实践应用也在不断的深入当中。目前,对于堤坝形变、温度监测的探索和研究正在深入当中,但这些研究常为点式的监测,并且各个传感器之间的距离很大,有些地方定位不到等情况,因此,不能实现及时、有效的预警能力。工程结构安全监测或测试系统对于评估局部破裂或损伤,确保结构的完整性,有一些传统的非破坏性的方法,如电磁法,声发射法,穿透地面雷达系统,用插入参考电极的侵蚀监测等。这些传统的诊断方法容易受到电磁干涉的影响,在灵敏度和重复性方面有缺陷。相比之下,由于光纤传感器不受电磁干扰、抗潮湿、看侵蚀,在长期使用和重复性方面具有优势,因此,光纤传感器已经开始用于工程建筑的安全监测。

分布式光纤传感技术可以根据想要监测的目标,采用直接测量方式或间接测量方式来对堤防进行监测:

①直接测量是将光纤直接布设于被监测物体内,光纤随着被监测物的形变、温度的变化,得到应变、温度信息即为被监测物的应变情况及温度分布。直接测量法可以有效的对堤坝的险情进行预警,但是不利于长期监测。

②间接测量是将光纤布设在一定支撑结构上或使用光纤传感器探头,被监测物的形变、温度转化为支撑结构或传感器的相应参数变化量,再转化为光纤的应变、温度,通过检测光纤上的应变、温度间接得到被监测物的形变和温度。间接测量法可以进行长期的监测,但是要设计专门的支撑结构,并且要求所用的支撑结构或传感器的变化量与光纤的应变、温度有很好的对应关系。

分布式光纤传感器的应用

分布式光纤传感器不仅具有光纤传感器的相关优势特点,而且还具有分布式、长距离监测等特点,该类传感器目前主要用于监测温度和应
变。具体的应用为以下四个方面:

①隧道、桥梁方面。由于传统的传感技术已经暴露出它们的劣势,如抗干扰能力不强,难以实现现场非电、远程分布式、大范围监控等缺点。因此,光纤传感技术成为这些大型工程安全监测的首选传感器。

②油气、管道方面。

输送管道或储藏罐的泄漏监测以及温度监测及故障点的定位检测。

③电力、电厂方面。

电缆电线表面温度监控、定位,发电厂和变电站的火情监测和预警。

④水利土木工程方面。大坝、堤防、堤坝、边坡的温度、应变测试,大型建筑物的结构位移、应变监测及预警等。

 

光纤传感器的优点

 

光纤传感器具有灵敏度高,抗干扰,体积小,重量轻,动态范围大,易于实现系统的遥测和控制等特点,可用于恶劣、高危环境的监测。
具体表现为:

①光纤传感器的电绝缘性使得传感探头不会出现电路安全问题。由于光纤传感器不吸取电磁辐射,所以辐射不会导致出现读数混
乱现象。

②光纤传感器具有集成化、尺寸小,大部分的光纤传感器产生光信号由光纤传导激励光源,无需电源,即使在恶劣的环境下也不会产生电路等引起安全问题。

③光纤元件本身既是探测元件又是传输元件,能够实现遥测功能,被测物体可以离传感器有一定的距离,并且光纤传感器测量范围大,令人满意的精度,标定的简化等。光纤传感器根据不同分类方式,可以分成不同的传感器类型,并且各自也呈现出不同的特点。

 

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光纤联系

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