文档介绍：光纤传感器的最新发展
世界上光纤传感领域的发展可分为两大方向:
原理性研究与应用开发。
随着光纤技术的日趋成熟,对光纤传感器
实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。
由于光纤传感技术并未如光纤通信技术那样
迅速地获得产业化,许多关键技术仍然停留在实验室样机阶段,距商业化有一定的距离,因此光纤传感技术的原理性研究仍处于相当重要的位置。
由于很多光纤传感器的开发是以取代当前已相当成熟,可靠性和成本已得到公认,并已经被广泛采用的传统机电传感系统为目的,所以尽管这些光纤传感器具有如电磁绝缘、高灵敏度、易复用等诸多优势,其市场渗透所面临的困难和挑战是可想而知的。而那些具有前所未有全新功能的光纤传感器则在竞争中占有明显优势,FBG和其它的光栅类传感器就是一个最好的例证。当前的原理性研究热点集中于光纤光栅(FBG和LPG)型传感器和分布式光纤传感系统两大板块。
对于光纤传感技术的应用研究主要有以下四大类:
光(纤)层析成像技术(OCT,OPT);
智能材料(SMART MATERIALS);
光纤陀螺与惯导系统(IFOG,IMIU )和常规工业工程传感器。另外,由于光纤通信市场需求的带动以及传感技术的特殊要求,新型器件和特种光纤的研究成果也层出不穷。
二、光纤传感器的原理性研究
1、光纤布拉格光栅
光纤布拉格光栅FBG于1978年问世[1],这种简单的固有传感元件,可利用硅光纤的紫外光敏性写入光纤芯内,图1描述了光纤光栅的基本原理。常见的FBG传感器通过测量布拉格波长的漂移实现对被测量的检测,光栅布拉格波长(λB)条件可以表示:
式中,∧—光栅周期;
n—折射率。
光栅传感器可拓展的应用领域有许多,如将分布式光纤光栅传感器嵌入材料中形成智能材料,可对大型构件的载荷、应力、温度和振动等参数进行实时安全监测;光栅也可以代替其它类型结构的光纤传感器,用于化学、压力和加速度传感中。
图3为传统阻抗计与FBG传感器测试结果的比较
2、分布式光纤传感系统
在世界范围内,由于对工民建和工业设施安全
性和效益要求的不断提高,对集成的安全检测系统的需求逐步攀升。具备可连续、无间断、长距离测量并与被测量介质有极强的亲和性的分布式光纤传感系统似乎正是为此而量身定做的。分布式光纤传感系统通常有三种类型:拉曼型、布里渊型和FBG型。
拉曼型分布式光纤传感系统是基于光纤拉曼散射效应的连续型传感器,其工作原理见图6。
三种类型的传感系统的应用都已见诸于报道。其中尤以拉曼型分布式传感系统最为成熟,已成功地装载于A340运输机上(图7)。
FBG型分布式传感系统在应力多点分布式测量中有独到的优点,并可同时完成温度和应力的双参量测量,为FBG应用开辟了更为广阔的前景。
图8介绍了采用WDM/TDM解调的FBG阵列的拓扑结构。