光纤感测系统 _生活百科

光纤感测系统【光纤感测系统】光纤感测系统始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，光纤感测系统是衡量一个国家信息化程度的重要标誌。从杭州物联网暨感测系统套用论坛了解到，光纤感测系统已广泛用于军事、国防、航天航空、工矿企业、能源环保、工业控制、医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域有着广阔的市场。世界上已有光纤感测系统上百种，诸如温度、压力、流量、位移、振动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、声场、电流、电压、磁场及辐射等物理量都实现了不同性能的感测。
基本介绍中文名：光纤感测系统
外文名：Optical Fiber Sensing System
技术简介：工作频频宽，动态範围大
套用分类：强度调製型
存在问题：环境振动等干扰也同样敏感
光纤感测技术光纤工作频频宽，动态範围大，适合于遥测遥控，是一种优良的低损耗传输线；在一定条件下，光纤特别容易接受被测量或场的载入，是一种优良的敏感元件；光纤本身不带电，体积小，质量轻，易弯曲，抗电磁干扰，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。因此，光纤感测技术一问世就受到极大重视，几乎在各个领域得到研究与套用，成为感测技术的先导，推动着感测技术蓬勃发展。光纤感测，包含对外界信号（被测量）的感知和传输两种功能。所谓感知（或敏感），是指外界信号按照其变化规律使光纤中传输的光波的物理特徵参量，如强度（功率）、波长、频率、相位和偏振态等发生变化，测量光参量的变化即“感知”外界信号的变化。这种“感知”实质上是外界信号对光纤中传播的光波实时调製。所谓传输，是指光纤将受到外界信号调製的光波传输到光探测器进行检测，将外界信号从光波中提取出来并按需要进行数据处理，也就是解调。因此，光纤感测技术包括调製与解调两方面的技术，即外界信号（被测量）如何调製光纤中的光波参量的调製技术（或载入技术）及如何从被调製的光波中提取外界信号（被测量）的解调技术（或检测技术）。外界信号对感测光纤中光波参量进行调製的部位称为调製区。根据调製区与光纤的关係，可将调製分为两大类。一类为功能型调製，调製区位于光纤内，外界信号通过直接改变光纤的某些传输特徵参量对光波实施调製。这类光纤感测器称为功能型（FunctionalFiber，简称FF型）或本徵型光纤感测器，也成为内调製型感测器，光纤同具“传”和“感”两种功能。于光源耦合的发射光纤同于光探测器耦合的接收光纤为一根连续光纤，称为感测光纤，故功能型光纤感测器亦称全光纤型或感测型光纤感测器。另一类为非功能型调製，调製区在光纤之外，外界信号通过外加调製装置对进入光纤中的光波实施调製，这类光纤感测器称为非功能型（NonFunctionalFiber，简称NFF）或非本徵型光纤感测器，发射光纤与接收光纤仅起传输光波的作用，称为传光光纤，不具有连续性，故非功能型光纤感测器也称传光型光纤感测器或外调製光纤感测器。根据被外界信号调製的光波的物理特徵参量的变化情况，可将光波的调製分为光强度调製、光频率调製、光波长调製、光相位调製和偏振调製等五种类型。由于现有的任何一种光探测器都只能回响光的强度，而不能直接回响光的频率、波长、相位、和偏振调製信号都要通过某种转换技术转换成强度信号，才能为光探测器接收，实现检测。光纤感测技术套用分类光强度调製型光强调製是光纤感测技术中相对比较简单，用得最广泛的一种调製方法。其基本原理是利用外界信号（被测量）的扰动改变光纤中光（宽谱光或特定波长的光）的强度（即调製），再通过测量输出光强的变化（解调）实现对外界信号的测量。相位调製型光相位调製，是指外界信号（被测量）按照一定的规律使光纤中传播的光波相位发生回响的变化，光相位的变化量即反映被测外界量。光纤感测技术中使用的光相位调製大体有三种类型。一类为功能型调製，外界信号通过光纤的力应变效应、热应变效应、弹光效应及热光效应使感测光纤的几何尺寸和折射率等参数发生变化，从而导致光纤中的光相位变化，以实现对光相位的调製。第二类为萨格奈克效应调製，外界信号（旋转）不改变光纤本身的参数，而是通过旋转惯性场中的环形光纤，使其中相向传播的两光束产生相应的光程差，以实现对光相位的调製。第三类为非功能型调製，即在感测光纤之外通过改变进入光纤的光波程差实现对光纤中光相位的调製。偏振调製型偏振调製，是指外界信号（被测量）通过一定的方式使光纤中光波的偏振面发生规律性偏转（旋光）或产生双折射，从而导致光的偏振特性变化，通过检测光偏振态的变化即可测出外界被测量。波长调製型外界信号（被测量）通过选频、滤波等方式改变光纤中传输光的波长，测量波长变化即可检测到被测量，这类调製方式称为光波长调製。目前用于光波长调製的方法主要是光学选频和滤波。传统的光波长调製方法主要有F-P干涉式滤光、里奥特偏振双折射滤光及各种位移式光谱选择等外调製技术。近20多年来，尤其近几年迅速发展起来的光纤光栅滤光技术为功能型光波长调製技术开闢了新的前景。频率调製型光频率调製，是指外界信号（被测量）对光纤中传输的光波频率进行调製，频率偏移即反映被测量。目前使用较多的调製方法为都卜勒法，即外界信号通过都卜勒效应对接收光纤中的光波频率实施调製，是一种非功能型调製。存在问题光纤干涉型感测器由于灵敏度高、体积小等优点，受到很大关注。但是干涉型感测器对被测物理量的变化敏感的同时也对温度漂移、环境振动等干扰也同样敏感。目前用于光相位解调的干涉方法很多，主要有双光束干涉法、三光束干涉法、多光束干涉法、环形干涉法等。感测器的分类按光纤在光纤感测器中的作用可分为感测型和传光型两种类型。感测型光纤感测器的光纤不仅起传递光作用，同时又是光电敏感元件。由于外界环境对光纤自身的影响，待测量的物理量通过光纤作用于感测器上，使光波导的属性(光强、相位、偏振态、波长等)被调製。感测器型光纤感测器又分为光强调製型、相位调製型、振态调製型和波长调製型等。传光型光纤感测器是将经过被测对象所调製的光信号输入光纤后,通过在输出端进行光信号处理而进行测量的，这类感测器带有另外的感光元件对待测物理量敏感，光纤仅作为传光元件，必须附加能够对光纤所传递的光进行调製的敏感元件才能组成感测元件。光纤感测器根据其测量範围还可分为点式光纤感测器、积分式光纤感测器、分散式光纤感测器三种。其中，分散式光纤感测器被用来检测大型结构的应变分布，可以快速无损测量结构的位移、内部或表面应力等重要参数。目前用于土木工程中的光纤感测器类型主要有Math-Zender干涉型光纤感测器，Fabry-pero腔式光纤感测器，光纤布喇格光栅感测器等。感测器的特点