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光纖光柵傳感係統不同領域應用

編輯:太原鄞州AG贵宾厅電子科技有限公司  字號:
摘要:光纖光柵傳感係統不同領域應用
前言:光纖光柵傳感係統主要由寬帶光源、光纖光柵傳感器、信號解調等組成。寬帶光源為係統提供光能量,光纖光柵傳感器利用光源的光波感應外界被測量的信息,外界被測量的信息通過信號解調係統實時地反映出來。據分析,未來的光纖光柵傳感係統將能滿足單點高精度的實時測量,又能適應網絡化的準分布式的多點、多參量的測試要求,在未來的傳感領域發揮更大的作用。

光纖光柵傳感係統在不同領域中的應用

1、在地球動力學中的應用

在地震檢測等地球動力學領域中,地表驟變等現象的原理及其危險性的估定和預測是非常複雜的,而火山區的應力和溫度變化是目前為止能夠揭示火山活動性及其關鍵活動範圍演變的最有效手段心。光纖光柵傳感器在這一領域中的應用主要是在岩石變形、垂直震波的檢測以及作為地形檢波器和光學地震儀使用等方麵。活動區的應變通常包含靜態和動態兩種,靜態應變(包括由火山產生的靜態變形等)一般都定位於與地質變形源很近的距離,而以震源的震波為代表的動態應變則能夠在與震源較遠的地球周邊環境中檢測到。為了得到相當準確的震源或火山源的位置,更好地描述源區的幾何形狀和演變情況,需要使用密集排列的應力-應變測量儀。光纖光柵傳感器是能實現遠距離和密集排列複用傳感的寬帶、高網絡化傳感器,符合地震檢測等的要求,因此它在地球動力學領域中無疑具有較大的潛在用途。有報道指出,光纖光柵傳感器已成功檢測了頻率為0.1Hz~2Hz,大小為10-9e的岩石和地表動態應變。

2、在航天器及船舶中的應用

先進的複合材料抗疲勞、抗腐蝕性能較好,而且可以減輕船體或航天器的重量,對於快速航運或飛行具有重要意義,因此複合材料越來越多地被用於製造航空航海工具(如飛機的機翼)。

為全麵衡量船體的狀況,需要了解其不同部位的變形力矩、剪切壓力、甲板所受的抨擊力,普通船體大約需要100個傳感器,因此波長複用能力極強的光纖光柵傳感器最適合於船體檢測。光纖光柵傳感係統可測量船體的彎曲應力,而且可測量海浪對濕甲板的抨擊力。具有幹涉探測性能的16路光纖光柵複用係統成功實現了帶寬為5kHz範圍內、分辨率小於10ne/(Hz)1/2的動態應變測量。

另外,為了監測一架飛行器的應變、溫度、振動,起落駕駛狀態、超聲波場和加速度情況,通常需要100多個傳感器,故傳感器的重量要盡量輕,尺寸盡量小,因此最靈巧的光纖光柵傳感器是最好的選擇。另外,實際上飛機的複合材料中存在兩個方向的應變,嵌人材料中的光纖光柵傳感器是實現多點多軸向應變和溫度測量的理想智能元件。

3、在民用工程結構中的應用

民用工程的結構監測是光纖光柵傳感器最活躍的領域。對於橋梁、礦井、隧道、大壩、建築物等來說,通過測量上述結構的應變分布,可以預知結構局部的載荷及狀況,方便進行維護和狀況監測。光纖光柵傳感器可以貼在結構的表麵或預先埋入結構中,對結構同時進行衝擊檢測、形狀控製和振動阻尼檢測等,還以監視結構的缺陷情況。另外,多個光纖光柵傳感器可以串接成一個傳感網絡,對結構進行準分布式檢測,並通過計算機對傳感信號進行遠程控製。

光纖光柵傳感器可以檢測的建築結構之一為橋梁。應用時,一組光纖光柵被粘於橋梁複合筋的表麵,或在梁的表麵開一個小凹槽,使光柵的裸纖芯部分嵌進凹槽中(便於防護)。如果需要更加完善的保護,則最好是在建造橋時把光柵埋進複合筋。同時,為了修正溫度效應引起的應變,可使用應力和溫度分開的傳感臂,並在每一個梁上均安裝這兩個臂。

兩個具有相同中心波長的光纖光柵代替法布裏-珀羅幹涉儀的反射鏡,形成全光纖法布裏-珀羅幹涉儀(FFPI),利用低相幹性使幹涉的相位噪聲最小化,這一方法實現了高靈敏度的動態應變測量。用FFPI結合另外兩個FBG,其中一個光柵用來測應變,另一個被保護起來(免受應力影響),以測量和修正溫度效應,同時實現了對三個量的測量:溫度、靜態應變、瞬時動態應變。這種方法兼有幹涉儀的相幹性和光纖布拉格光柵傳感器的優點,在5me的測量範圍內,實現了小於1me的靜態應變測量精度、0.1℃的溫度靈敏度和小於1ne/(Hz)1/2的動態應變靈敏度。

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