分布式光纤传感技术

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1、分布式光纤传感技术与应用1内容概要光纤传感技术简介光纤传感器的分类光纤传感技术的发展分布式光纤传感技术相位调制型分布式传感器散射型分布式传感器分布式光纤传感技术的应用2一光纤传感技术简介光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。同时具有光纤及光学测量的特点：①电绝缘性能好。②抗电磁干扰能力强。③非侵入性。④高灵敏度。⑤容易实现对被测信号的远距离监控。光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、应变、压力、流量、振动、温度、电流、电压、磁场等物理量3二光纤传感器的分类根据光纤在传感器中的作

2、用可分为功能型、非功能型和拾光型三大类根据光受被测对象的调制形式可分为：强度调制型、相位调制型、偏振调制型、频率调制型四大类根据光是否发生干涉可分为干涉型和非干涉型根据是否能够随距离的增加连续地监测被测量可分为分布式和点式41.根据光纤在传感器中的作用分类功能型（全光纤型）光纤传感器利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)作传感元件，将“传”和“感”合为一体。非功能型（或称传光型）光纤传感器光纤仅起导光作用，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。拾光型光纤

3、传感器用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。信号处理光受信器光发送器光纤耦合器被测对象52.根据光受被测对象的调制形式分类光纤传感是对光波的参量进行调制→可调制参量：强度调制型光纤传感器是一种利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等参数的变化，而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。相位调制传感器其基本原理是利用被测对象对敏感元件的作用，使敏感元件的折射率或传播常数发生变化，而导致光的相位变化，进而使两束单色光所产生

4、的干涉效果发生变化，通过检测干涉效果的变化量来确定光的相位变化量，从而得到被测对象的信息。6根据光受被测对象的调制形式分类频率调制光纤传感器是一种利用单色光射到被测物体上反射回来的光的频率发生变化来进行监测的传感器。偏振调制光纤传感器是一种利用光偏振态变化来传递被测对象信息的传感器。7传感器光学现象被测量光纤分类干涉型相位调制型弹光效应Sagnac效应电、磁致伸缩振动、压力、加速度、位移角速度电场、电压、电流、磁场SM、PMSM、PMSM、PMaaa非干涉型强度调制型遮光板遮断光路光纤微弯损耗气体分子吸收位

5、移振动、压力、加速度、位移气体浓度MMSMMMbbb偏振调制型法拉第效应泡克尔斯效应双折射变化电流、磁场电场、电压、温度SMMMSMb,abb频率调制型多普勒效应拉曼散射布里渊散射速度、流速、振动、加速度温度温度、应力MMMMMMcaa光纤传感器的分类注：MM多模；SM单模；PM偏振保持；a,b,c：功能型、非功能型、拾光型8三光纤传感技术的发展1.进入实用化阶段，逐步形成传感领域的一个新的分支。不少光纤传感器以其特有的优点，替代或更新了传统的测试系统，如光纤陀螺、光纤水听器等；出现一些应用光纤传感技术的新

6、型测试系统，如分布式光纤测温系统、以光纤光栅为主的光纤智能结构；改造了传统的测试系统，如利用电/光转换和光/电转换技术以及光纤传输技术，把传统的电子式测量仪表改造成安全可靠的先进光纤式仪表等。许多特殊场合－核工业、化工和石油钻探中也都应用了光纤传感系统。根据市场调查分析公司BusinessCommunicationsCompany发布的关于光纤传感器的市场报告，从2005年到2011年，全球光纤传感器（FOS）的整体市场将保持适度增长态势，预计平均年复合增长率为4.1%，至2011年，全球产值将达为3.72

7、亿美元。9光纤传感技术的发展2.新的传感技术不断出现，促进了相关领域技术的发展。例如，光纤传感网络的出现，促进了智能材料和智能结构的发展；光子晶体光纤用于传感的可能性促进了光子晶体的发展等。智能材料是指将敏感元件嵌入被测构件机体和材料中，从而在构件或材料常规工作的同时实现对其安全运转、故障等的实时监控。其中，光纤和电导线与多种材料的有效结合是关键问题之一。10光纤传感技术的发展智能背心这是一件嵌入了光纤和电导线的背心，能够感知环境温度及化学成分的变化，用于医学和军事应用。11埋入了六根光纤的纺织品光纤传感技

8、术的发展3原理性研究仍处于重要位置由于很多光纤传感器的开发是以取代当前已被广泛采用的传统机电传感系统为目的，所以尽管光纤传感器具有诸多优势，其市场渗透所面临的困难和挑战仍很巨大。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。4相关的应用开发也还任重道远在很多领域，光纤传感技术尚未实现产业化，许多关键技术仍然停留在实验室样机阶段，距商业化还有一定的距离。12四分布式光纤传感技术利用光波在光纤中传输的