光纤光栅传感器的应用及发展

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1、光纤光栅传感器的应用及发展孙浩骏陕西省西安中学摘要：木文介绍了光纤光栅传感器的优缺点以及国内外的研究现状和发展方向并系统地总结了光纤光栅传感器的在电力系统和桥梁建设中的应用。对光纤光栅传感技术在电力电缆监测、高压开关柜隔离触头温度监测、线圈绕组温度监测、以及桥梁结构健康监测几个方面的应用做了具体的阐述和实用价值的分析。关键词：光纤光栅传感器;应用;发展;作者简介：孙浩骏，陕西省西安中学。一、光纤光栅传感技术的现状分析(-)国内现状光纤光栅由于其自身的抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀等优点，且能够感知应变和温度的变化，其光纤光栅传感器已因此

2、可广泛应用于大型复杂结构的应变测量以及温度的监测，桥梁大坝的应力应变场的健康监测11丄、石油管道测裂痕的健康监测②，测量供电线弯曲程度、电力电缆绝缘温度等空1,近几年随着国内外光纤光栅解调技术的发展，该解调技术已经不断成熟完善并逐渐形成传感领域的一个新枝。光纤光栅传感器除了用于应力应变场的监测外，还可以用于温度场的健康监测，女口。航天飞机发动机温度及运行状态的检测、材料工业控温等EL然而由于光纤光栅同时感知应变和温度，存在应变和温度解耦的问题，同时裸光栅对温度和应变响应较低，因此光纤光栅的工程应用的全面推广受到一定的局限，为了克服上

3、述问题，M.G.XU等提岀，利用在递减光纤上的碉啾光纤光栅其带宽只与应变有关而与温度无关的特性来制作应变传感器并且通过解双矩阵方程臣1针对光纤传感器对于应变和温度感知存在解耦等问题，有相关的采用双布喇格光纤光栅进行温度、应变解耦研究，并且取得了较为精准的温度监测或应变变化量监测的成果;针对裸光栅对温度、应变感知不敏感的问题，开展了对压力和温度增敏的研究，得到了通过聚合物灌封光纤光栅压力增敏、圆筒-活塞式压力增敏和热胀聚合物材料温度增敏凹、正反向温敏聚合物材料融合温度增敏[7]的方法。(-)国外现状1978年，Hill等人开展了关于光

4、纤光栅传感器刻蚀工艺鸟1的研究，从而制成了光纤的折射率沿光栅轴向方向周期性分布的传感器。因此被称为是“Hill光栅”，这是光纤光栅传感技术的首次开辟的新领域。然而，此项技术仅仅能够满足实验阶段的需求，并没有实质性的降低对写入光源相干性的要求。光纤光栅传感器在结构上的广泛应用最常见的是在桥梁结构上的应用也，例如1999年，美国国家宇航局采用光纤布拉格光栅传感器检测用石墨和环氧树脂复合材料制作的航天器液体燃料箱的结构完整性。二、光纤光纤传感技术的应用(-)在电力系统的应用在电力系统的变电区集中着大量电气设备，近些年，对于变电站的监测是通

5、过一个个集控中心实现的，但一个集控中心控制的变电站数又往往有限，因此很多变电站处于无人值守状态，变电站中的设备长吋间高负荷工作，导致温度上升而发生热故障。其屮有些故障能及时被发现并处理，有些采用现有的技术无法被检测出来，从而出现一系列的热故障，女口:接线头的热故障、高压套管的热故障、电容器热故障、隔离刀闸的热故障等，这些都成为了电力系统正常运行的安全隐患。传统电力系统中，对于电缆温度的监测方法鱼1多是采用对温度敏感的元器件元来实施的。但上述传统的对温度皱感的元器件会存在精度低，电磁干扰等问题，因此对于大量的工程应用受到了一定的限制。

6、而随着数字化电路技术的不断攀升,在后来岀现的数字温度传感器而言，虽然在一定的程度上优化了测量的精度，提高了传输的速度，但由于其数据需要相应的数据分析器对其进行处理，同时信号失真等问题仍未得到很好的解决。随后又又有红外线温度检测系统，其内容主要包括:非接触式红外线温度传感器和数据总线以及计算机。这类传感器能够监测高压大电流载体的温度，并且能够在强电场强磁场的环境下稳定运行。相比于传统的电类传感器。紧接着光纤测温出现了，光纤光栅传感器由于其较高的抗电磁干扰的能力和良好的绝缘性，以及受潮湿环境影响小且其感温头易于与被测物体的表面直接接触等

7、优点，可以用于实时的在线监测屮。(二)电力电缆温度的监测目前对丁电力电缆系统终端部位以及已丁发生弯曲故障的部位需要进行健康监测，因此，可以通过对光纤光栅传感器搭建其自身的测温平台，实现其对温度的健康监控。此外，现有的测量技术，为了实现更为便捷的人机交互平台，将光纤光栅测得的信号通过通信的传输接口，实现光纤光栅传感器在线的温度实吋监测与实时传输。(三)在桥梁结构健康检测中的应用桥梁结构自身在长期使用的过程中，其桥梁结构的健康状况会产生不同程度的损伤，比如外载承重力的过大，长期的疲劳状态及材料自身使用性能的变化，都会导致上述损伤的产生。

8、而桥梁结构一旦有裂纹产生，将导致非常严重的后果,因此，为了提高桥梁结构的安全性能等需求，需要对桥梁结构的健康状态进行实时的监测和评估。而光纤光栅传感器由于其自身结构的优势，作为一种新型的传感器，能够敏感的感知外界应变或者温度的微弱变化