光纤传感技术应用与发展相关探究

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1、光纤传感技术应用与发展相关探究摘要：随着光纤传感技术的不断发展，几乎在每个领域都得到研究与应用。本文介绍了几种光纤传感器的工作原理和目前的研究进展，列举了它在工程军事等方面的应用，并对光纤传感技术的发展做出展望。关键词：光纤传感技术；应用；工作原理；发展。中图分类号：TP391文献标识码：A1.光纤传感技术的发展1.1光纤传感器的基本原理光纤传感技术可分为传光型和传感型两类。光纤传感技术的核心是光纤传感器，相应的光纤传感器也分为传光型光纤传感器和传感型光纤传感器。1.1.1传光型光纤传感器传光型光纤传感器也称非功能型光纤传感

2、器或强度调制型光纤传感器，光纤主要起传输光波的作用，传光型光纤传感器主要由光源、光纤、敏感元件、光电探测器、检测路等组成。传光型光纤传感器的原理是待测物理量引起光纤中的传输光光强I变化，通过光强I的检测实现对待测物理量的测量。强度调制的特点是简单、可靠、经济。1.1.2传感型光纤传感器工作原理传感型光纤传感器也称功能型光纤传感器，光纤既传光又传感。当光在光纤中传播时，被测物理量或外界因素作用在光纤上，使得光纤中传输光的振幅、相位、波长、偏振态等发生改变，此过程为光调制，调制后的光经光纤传输到光电探测器解调后转换成电信号输出。

3、传感型光纤传感器的原理比传光型光纤传感器的复杂得多，这里不再详细介绍。1.2光纤传感技术的研究进展1.2.1光纤光栅传感器光纤光栅传感器是目前国内研究的热点之一。FBG传感器具有灵敏度高，易构成分布式结构，在一根光纤内可实现多点测量。满足“智能结构”对传感器的要求，可对大型构件进行实时安全监测；也可以代替其他类型结构的光纤传感器，用于化学、压力和加速度传感中。但是温度、应力交叉敏感是其实用化的最大限制。目前，随着实用、廉价的波长解调技术进一步发展完善,光纤光栅传感技术已经向成熟阶段接近，部分也已经商用化。但在性能和功能方面需

4、要提高。1.2.2阵列复用传感系统列阵复用传感系统将单点光纤传感器阵列化，实现空间多点的同时或分时传感，也称为准分布式系统。目前，应用最为广泛的是光纤光栅阵列传感和基于干涉结构的阵列光纤传感系统。阵列化光纤传感的优点是可以实现大范围、长距离多点传感，是大规模光纤传感的一个重要发展趋势。阵列化的发展方向也对各个传感元的灵敏度、稳定性、批量制作可重复性、解调的快捷准确等提出新的要求。1.2.3分布式光纤传感系统分布式光纤传感系统是根据沿线光波分布参量，同时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的被测量的分布信息，可以实现长距离、大

5、范围的连续、长期传感。1.光纤传感技术的应用1.1光纤传感技术在结构工程检测中的应用钢筋混凝土是目前非常广泛应用的材料，将光纤材料直接埋入混凝土结构内或粘贴在表面，是光纤的主要应用形式，可以检测热应力和固化、挠度、弯曲以及应力和应变等。混凝土在凝固时由于水化作用会在内部产生一个温度梯度，如果其冷却过程不均匀。热应力会使结构产生裂缝，采用光纤传感器埋入混凝土可以监测其内部温度变化，从而控制冷却速度。混凝土构件的长期挠度和弯曲是人们感兴趣的一个力学问题，为此已研制出能测量结构弯曲和挠度的微弯应变光纤传感器，并用一根光纤连接整个结

6、构不同位置上的传感器进行同时监测，每个传感器的位置可用OTDR来识别。光纤传感器还能探测混凝土结构内部损伤。在正常荷载作用下，由于钢筋阻止干化收缩或温度引起的体积变化都会引起裂缝，裂缝的出现和发展可以通过埋入的光纤中光传播的强度变化而测得。2.2光纤传感技术在桥梁检测中的应用桥梁是一个国家的经济命脉，桥梁的建造和维护是一个国家基础设施建设的重要部分。利用光纤传感器测量振动，主要可得到桥梁的振动响应参数如频率、振幅等，其方法是:将信号光纤粘贴于桥梁内部，它随着桥梁的振动而产生振动响应，输出光的相位作周期性的变化，则光电探测器接

7、收到的光强也作周期性的变化。成功的案例有：加拿大在1993年将光纤传感器预装到一座碳纤维预应力混凝土公路桥上，在桥开通后连续监测了8个月，测量了混凝土内部的整体分布应变，并用动态规化理论处理数据，准确而又快速的评估了桥梁的使用状态及寿命。1996年，美国海军实验研究中心研制了新墨西哥州I-10桥健康检测系统，它由60个FBG传感器组成，可实现动态与静态应变测量。2.3光纤传感技术在岩土力学与工程中的应用岩土工程检测具有长时效性、环境复杂、具有时空限制、施工环境制约等特点，其检测工作一直是等待解决的难题。目前已有的常规的测试技

8、术在长期的工程应用中表明，满足上述测试要求十分困难。而由于光纤传感器体积小、质量轻、不导电、反应快、抗腐蚀等诸多优良特性，使用它成为岩土力学工程的检测工具成为学者们的研究对象。下面列举一例成功应用光纤传感器检测岩土工程的成功案例：三峡大坝坝前水温监测三峡大坝坝体内部靠近上游面埋设有点式温度