基于光纤光栅的火灾探测报警信息监控系统研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文图1-1光纤光栅传感器的应用光纤光栅传感器与传统电信号传感器及喇曼散射感温传感器相比在传输介质、传感信号、调制参量、测量精度、总体性能等方面存在不同，如表1-1所示。表1-1光纤光栅传感器与传统传感器对比传统电子式感温传喇曼散射感温传光纤光栅温度传感器调制参数电压、电流光强相位、波长传感信号电光传输介质电线光纤测量精度低中I哥信号激励电源高性能激光光源普通SLED光源系统稳定性超温即被破坏需经常维护稳定易受电磁干扰抗干扰能力强，总体性能但分辨率低，器分辨率高，长期长期稳定性差件易老化稳定性好光纤

2、光栅传感器其总体性能上得到很大提高，具有以下优点【9J：◇抗电磁干扰、电绝缘性好，本质安全：由于光纤光栅传感器是利用光波获取和传递信息，而光纤又是电绝缘、本质安全的传输媒质，不怕电磁干扰，也不影响外界的电磁场；夺耐腐蚀，化学性能稳定：由于制作光纤的材料——石英具有极高的化学稳定性，因此，光纤光栅传感器极适用于在较恶劣的环境中；夺灵敏度高、响应速度快、动态范围大、测量精度高；夺重量轻，体积小、耗电少、几何结构灵活，光路有可绕曲性，有利于狭4武汉理工大学硕士学位论文窄空间的应用；夺测量对象广泛，目前已有多种测量温度、压力、

3、位移、速度、加速度、液面、流量、振动、水声、电流、电压、磁场、电场、核辐射等各种物理量、化学量、生物量等的光纤光栅传感器；令具有传感器复用以及分布式测量功能，一根光纤的作用相当于很多离散的常规传感器：令成本低。有些光纤光栅传感器其成本将大大低于现有同类传感器；而有些光纤光栅传感器由于其特殊性能，它和现有仪器结合，将使其大大增值：◆测量结果具有良好的重复性，且传输距离远(传感器到解调端可达几公里)。1．4光纤光栅传感器技术国内外发展状况正是由于光纤光栅传感器(FBG)具有以上所述的突出优点，它正逐步广泛用于社会建设的各行

4、各业，成为21世纪乃至今后更长时期为世人广泛关注的“智能结构"、“智能材料’’、“智能蒙皮"(3M)技术中多点位、多参数、网络化测量的理想传感方式。具体来说有以下两方面的发展：1．4．1国内研究现状在国内，由于国家自然基金、863计划等国家基金以及其他部委专项基金的支持和资助，FBG的传感的应用研究取得了丰硕成果。在传感理论研究方面，以清华大学、吉林大学、中科院半导体所、上海光机所等为代表，对光纤的光敏性、成栅机理、光波传输规律等问题进行了深入研究【10】【11】；在FBG传感的关键技术研究方面，南开大学、武汉理工大学

5、、重庆大学、西安石油大学、深圳朗科公司、北京品傲公司、上海紫珊公司等单位做了各有特色的工作。其中：哈尔滨工业大学研制开发出针对结构表面监测的两种光纤光栅应变传感器和两种光纤光栅温度传感器，分别申报了国家实用新型专利，并于2003年4月将光纤光栅系统应用于松花江斜拉桥，监测桥梁和索塔的温度场及其变化；武汉理工光科股份有限公司生产的TGW-100B型光纤光栅感温火灾探测系统在镇海炼油化工股份有限公司大型储罐上得到了使用，进行油罐火灾安全检测，取得了非常好的效果；清华大学、西安石油大学、中山大学等也开展了将光纤光栅用于压力、

6、温度、液位、电流等参量的传感应用研究，取得了不少阶段性成果。5武汉理工大学硕士学位论文1．4．2国外研究现状国际上，美、英、加拿大等西方发达国家以及亚洲的日本、韩国利用其在光通信领域的优势和巨大资金投入，处于光纤光栅传感领域研究的领先地位，主要研究机构有：美国的海军实验室(NRL)、国家航空航天管理局(NASA)的大实验室(LargerresearehLab)，BlueRoadReseareh公司、MieronOptieS公司等；英国的Kent大学、伦敦City大学、SmartFiberS公司等；加拿大的Photoni

7、cSResearch公司以及韩国的国家光子研究中心等。研究内容包含：利用光纤光栅传感器实现潜艇、鱼群等水下物体的测量和定位(即光纤光栅水听器)；军民用火箭(导弹)、飞机等航天器中新型复合材料组件结构完整性和应力、应变状况实时监测1121；桥梁、大坝、楼宇等民用工程中钢筋混凝土结构的长期健康监测；海啸、地震、山体滑坡等地质灾害的预测；肿瘤热疗过程中的温度监控；新生儿呼吸率的监测；脑瘫及腿缺陷病人的步态分析等。如：美国在波音777上跟踪复合材料的温度、应力、应变等物理量变化的实验中应用光纤光栅技术取得了显著成果；德国应用光

8、纤光栅温度、应力传感器系统监测空中客车A340／600飞行器结构受到的温度变化和应力情况也取得了良好结果；美国航空及太空总署在航天飞机x．38上安装了这种光纤光栅传感系统对航天飞行器结构的应变和温度进行实时监测；欧洲的法国、瑞士、比利时、葡萄牙正在联合研制用于矿井的光纤光栅传感器系统【131。由此可以看出，研究的热点已从军用转向民