光纤光栅传感系统维护及原理研究

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1、光纤光栅传感系统维护及原理研究光纤光栅传感系统维护及原理研究摘要：光纤光栅传感系统使用光纤作为测量元件和信号传输介质，为提高光纤对温度、应力的敏感程度及准确是位能力。文章对光纤光栅传感系统的基础知识、系统维护、制作原理及使用注意事项进行了简要的论述。关键词：光纤光栅传感；系统维护；原理中图分类号：U285.16文献标识码：A1光纤光栅传感系统基础知识光纤光栅传感系统使用光纤作为测量元件和信号传输介质，为提高光纤对温度、应力的敏感程度及准确定位能力，采用国际最先进的光纤局部加工技术，在普通单模光纤上制作一系列的温度敏感区——光纤光栅，这些敏感区可以精确、灵敏地

2、探测到周围温度的细微变化，而光纤的其他部分只是用于信号传输，对机械应力和环境干扰不敏感,从而保证整个光纤光栅传感系统的高灵敏性和可靠性。光纤光栅传感系统主要rfl光纤光栅温度传感器、应变传感器、位移传感器、压力传感器（渗压计、土压计）、光纤传感分析仪以及信号传输光缆等几部分组成。其基本原理是利用光纤光栅传感器内部敏感元件——光纤光栅反射的光学频谱对温度和应力变形的敏感特性，通过光纤光栅传感网络分析仪内部各功能模块完成对光纤光栅传感器的输入光源激励/输出光学频谱分析和物理量换算，以数字方式给出各监测点的物理量测量值，并根据预先设定的数据采集、存储、处理机制和通

3、信程式把信息汇集到桥梁、隧道、水利、石化、电力管理系统。1.1光纤光栅的制作原理光纤光栅是利用光纤材料的光敏性：即外界入射光子和纤芯相互作用而引起后者折射率的永久性变化，用紫外激光直接写入法在单模光纤（直径为0.125min~0.25mm）的纤芯内形成的空间相位光栅，其实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜。其制作方法如下图所示：制作完成后的光纤光栅和当于在普通光纤中形成了一段长度为10mm左右的敏感区，可以准确感测温度、应力的变化。1.2光纤光栅的测量原理光纤光栅属于反射型工作器件，当光源发出的连续宽带光通过传输光纤射入时，它与光场发牛耦合作用，对该宽

4、带光有选择地反射回和应的一个窄带光，并沿原传输光纤返回；其余宽带光则直接透射过去。反射回的窄带光的中心波长值随着作用于光纤光栅的温度、应变而线性变化，从而使光纤光栅成为性能优异的温度、应变测量敏感元件。透射过去的剩余宽带光可以继续传输给其他具有不同中心波长的光纤光栅阵列，其中相应屮心波长的窄带光系列将被逐一反射，全部沿原传输光纤返回。由此可实现多个光纤光栅传感器的串接复用。光纤光栅的上述特性使之成为温度、应变、压力、位移、流量等物理量测量的优杲手段，已广泛应用于国内外土木工程结构及电力设备、化工容器、航空航天设施的安全监测。1.3光纤光栅的信号解调原理由光源

5、发出的宽带光经耦合器分光后，一路进入光纤传感阵列,一路进入标准波长参考模块，经光纤传感阵列和标准波长参考模块反射回的窄带光经耦合器进入体光栅和线阵CCD组成的波长检测模块,由体光栅分光后入射到线阵CCD上，从而得到了光功率谱，采用高精度算法经过数据处理后，由通讯模块将数据发给终端PC,通过终端PC上的客户端程序，用户可以直观的读取和存储光纤传感阵列中任一传感器的波长值或测量值2光纤光栅传感系统常用器件及耗材介绍2.1常用光纤连接头的分类及命名光纤连接器是光纤与光纤Z间进行可拆卸连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起來，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地

6、耦合到接收光纤中去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小，这是光纤连接器的主要作用。光纤连接器是实现光纤活动连接的重要组成部分。它与光纤适配器一起实现了光纤的活动连接。光纤跳线或尾纤是光通信及光传感中应用最为广泛的基础元件之一。它们是实现不同光电设备及系统活动连接的无源器件，是光纤、光缆配线重要组成部分。它与光纤配线架交接箱，终端盒配合使用,实现不同方向的光缆的熔接、跳线和配线的灵活分配。从而实现整个光纤通信网络或光纤传感网络的数据传输和高效灵活的管理维护。FC型光纤连接器FC型连接器采用金属螺纹连接结构，插针体采用外径2.5mm的精密陶瓷插针，根

7、据其插针端面形状的不同，它分为球面接触的FC/PC和斜球面接触的FC/APC两种结构。FC型连接器是目前世界上使用量最大的品种，也是我国采用的主要晶种。FC连接器大量用于光缆干线系统及光纤传感系统，其中FC/APC连接器用在要求高回波损耗的场合，如光纤光栅传感器与光纤光栅传感网络分析仪的连接；FC/PC连接器用在冋波损耗要求不高的场合，如光纤光栅传感器Z间的串接等。SC型光纤连接器SC型连接器是采用插拔式结构，外壳采用矩形结构，原材料采用工程塑料制造，容易做成多芯连接器，插针体为外径2.5mm的精密陶瓷插针。它的主要特点是不需要螺纹连接，直接插拔，操作空间小

8、，便于密集安装。按其插针端面形状也分为球面接触的SC