光纤传感技术论文范文(精选3篇)

光纤传感技术论文范文篇1

光纤传感器主要由光源、光纤与探测器3部分组成，光源发出的光耦合进光纤，经光纤进入调制区，在调治区内，外界被测参数作用于进入调区内的光信号，是其光学性质如光的强度、相位、偏振态、波长等发生变化成为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器而获得被测参数，光纤传感器中的光纤通常由纤芯、包层、树脂涂层和塑料护套组成，纤芯和包层具有不同的折射率，树脂涂层对光纤起保护作用，光纤按材料组成分为玻璃光纤和塑料光纤；按光纤纤芯和包层折射率的分布可分为阶跃折射率型光纤和梯度折射率光纤两种。光纤能够约束引导光波在其内部或表面附近沿轴线方向向前传播，具有感测和传输的双重功能，是一种非常重要的智能材料。

2.光纤传感器的类型及特点

光纤传感器的类型很多，按光纤传感器中光纤的作用可分为传感型和传光型两种类型。

传感型光纤传感器又称为功能型光纤传感器，主要使用单模光纤，光纤不仅起传光作用，同时又是敏感元件，它利用光纤本身的传输特性经被测物理量作用而发生变化的特点，使光波传导的属性(振幅、相位、频率、偏振)被调制。因此，这一类光纤传感器又分为光强调制型，偏振态调制型和波长调制型等几种。对于传感型光纤传感器，由于光纤本身是敏感元件，因此加长光纤的长度可以得到很高的灵敏度。

传光型光纤传感器又称非功能型光纤传感器，它是将经过被测对象所调制的光信号输入光纤后，通过在输出段进行光信号处理而进行测量的。在这类传感器中，光纤仅作为传光元件，必须附加能够对光纤所传递的光进行调治的敏感元件才能组成传感元件。

3.光纤传感器的应用

光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了许多行业多年来一直存在的技术难题，具有很大的市场需求。主要表现在以下几个方面的应用:

(1)城市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的应用。光纤传感器可预埋在混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中，用于测试应力松弛、施工应力和动荷载应力从而来评估桥梁短期、施工阶段和长期营运状态的结构性能。

(2)在电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等，由于电类传感器易受强电磁场的干扰，无法在这些场合中使用，只能用光纤传感器。分布式光纤温度传感器是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高新技术，分布式光纤温度传感系统不仅具有普通光纤传感器的优点，还具有对光纤沿线各点的温度的分布式传感能力，利用这种特点我们可以连续实时测量光纤沿线几公里内各点的温度，定位精度可达米的量级，测温精度可达1度的水平，非常适用于大范围多点测温的应用场合。

(3)在石油化工系统、矿井、大型电厂等，需要检测氧气、碳氢化合物、CO等气体，采用电类传感器不但达不到要求的精度，更严重的是会引起安全事故。因此，研究和开发高性能的光纤气敏传感器，可以安全有效地实现上述检测。

(4)在环境监测、临床医学检测、食品安全检测等方面，由于其环境复杂，影响因素多，使用其它传感器达不到所需要的精度，并且易受外界因素的干扰，采用光纤传感器可以具有很强的抗干扰能力和较高的精度，可实现对上述各领域的生物量的快速、方便、准确地检测。目前，我国水源的污染情况严重，临床检验、食品安全检测手段比较落后，光纤传感器在这些领域具有极好的市场前景。

(5)医学及生物传感器。医学临床应用光纤辐射剂量计、呼吸系统气流传感系统;圆锥形微型FOS测量氧气浓度及其他生物参数;用FOS探测氢氧化物及其他化学污染物;光纤表面细胞质粒基因组共振生物传感器;生物适应FOS系统应用于海水监测、生化技术、医药。

光纤传感器在实践中运用到的例子举不胜举，这些技术都是多学科的综合，涵盖的知识面广，象光纤陀螺，火花塞光纤传感器，光纤传感复合材料，以及利用光纤传感器对植物叶绿素的研究等等；随着科技的不断进步，越来越多的光纤传感器将面世，它将被应用到生产生活的每一个角落。

4.光纤传感器的技术发展方向

光纤传感技术经过20余年的发展也已获得长足的进步，出现了很多实用性的产品，然而实际的需要是各种各样的，光纤传感技术的现状仍然远远不能满足实际需要。目前，光纤传感器技术发展的主要方向是。

(1)传感器的实用化研究。即一种光纤传感器不仅只针对一种物理量，要能够对多种物理量进行同时测量。

(2)提高分布式传感器的空间分辨率、灵敏度，降低其成本，设计复杂的传感器网络工程。注意分布式传感器的参数，即压力、温度，特别是化学参数(碳氢化合物、一些污染物、湿度、PH值等)对光纤的影响。

(3)传感器用特殊光纤材料和器件的研究。例如:增敏和去敏光纤、荧光光纤、电极化光纤的研究等。这些将是以后传感器进一步发展的趋势。

(4)在恶劣条件下(高温、高压、化学腐蚀)低成本传感器(支架、连接、安装)的开发和应用。

(5)新传感机理的研究，开拓新型光纤传感器。

参考文献

[1]肖军,王颖.光纤传感技术的研究现状与展望[J].机械管理开发,2006,6.

[2]吴洁,薛玲玲.光纤传感器的研究进展[J].激光杂志,2007,5.

[3]吴琼,吴善波,刘勇,袁长迎.新型光纤传感器的设计及其特性研究[J].仪表技术与传感器,2007,11.

[4]李文植.光纤传感器的发展及其应用综述,科技创业月刊,2006,7.

[5]闫若颖,王月香,李淑悦.光纤传感器的应用,科技广场,2007,1.【论文关键词】：光纤传感器；光纤光栅；光纤传感技术；光纤通信

光纤传感技术论文范文篇2

关键词：BOTDA，布里渊散射， 工程监测， 标定，光纤

1. 引言

分布式光纤传感技术适用于桥梁工程的检测以及施工过程监控。其原理基于在光纤中传播的激光会发生布里渊散射，而散射光的频率，会随所在的点的温度和应变发生变化，这两种效应都是线性的。一般使用通讯光纤布置于工程构件，进行测量，因此，必须对光纤进行标定。标定后的光纤，其频移与相应的温度或应变有一个明确的换算系数，单位是Hz/℃，以及Hz/?ε.

为了标定光纤，我们制作了专用标定台。由钢质简支梁组成，采用砝码做四点弯曲加载，因此中段是纯弯曲段。梁的弹性模量、尺寸已知，因此可以在理论上确定弯曲应变、应力。在纯弯曲段贴应变片，测试应变值作为校验。由于本次试验目的在于检验标定方法和标定方案的合理性，采用一段已经标定过的光纤做实验，其标定值为0.051MHz/?ε，本文不做应变片以及砝码载荷下理论应变的校验分析。

2. 试验材料和仪器

此次试验同时标定的光纤有：（1）裸光纤；（2）普通紧套光纤；（3）铠装紧套光纤。

三组光纤稍微预张拉后分别粘贴在钢梁的下侧即受拉一侧，三条光纤线路分别连接好（激光笔测试光路通畅），各自编号，各自线路上对应的待测纯弯段距离范围量测准确后，即开始测试。

测试仪器为日本 NBX6050分布式光纤监测仪。图1是实验装置。

图1 实验装置

3. 测试结果及数据分析

本文仅分析裸光纤的标定结果，另两组光纤的标定，数据处理较复杂，将另文发表。

实验过程包括加载砝码、运用光纤监测仪发出激光、读取散射光、分析频移得出数据。数字化的数据以电脑文件形式保存。图2是由数据画出的裸光纤的测量曲线。其中中段是纯弯曲段的响应，两侧有非纯弯曲段以及光纤引线的响应。

图2 裸光纤应变曲线

根据数字化的数据文件，数据导入excel绘制散点图并拟合线性直线

得出结果见表1. 拟合的直线见图3。根据直线方程，可以知道其标定系数。

表1 拟合直线的数据

图3 拟合的线性度及其斜率

拟合线性方程式表明裸光纤的标定值在0.0508-0.0514MHZ/?ε之间。与名义标定值符合较好，也符合一般光纤的平均特性。

4. 结论

通过使用标定台，对光纤进行试验性标定，确认名义应变系数为0.051的光纤，其标定系数在0.0508-0.0514MHZ/?ε之间。标定的最大相对误差为0.78%. 研究表明，这种标定台性能较好，标定方法合理。

本次试验还有很多其他数据待分析，将另外撰文发表。

参考文献

[1] 史彦新. 分布式光纤应变监测系统研究[D].中国地质大学（北京）硕士学位论文，2010.

[2] 王 静.光纤光栅多参数传感理论技术研究及在地下工程灾害监测中的应用[D].山东大学博士学位论文，2010.

[3] Tarun Kumar Gangopadhyay， Mousumi Majumder， Ashim Kumar Chakraborty， Asok Kumar Dikshit， and DiPak Kumar Bhattacharya. Fiber Bragg Grating Strain Sensor and Study of Its Packaging Material for Use in Critical Analysis on Steel Structure. Sensors and Actuators A， 2009，150：78～86.

[4] Jun hong Ng， Xiaoqun Zhou， Xiufeng Yang and Jian zhong Hao. A Simple Temperatue-Insensitive Fiber Bragg Grating Displacement Sensor， Optics Communications， 2007， 273：398～401.

[5] 陈朋超. 长输管道安全预警系统若干关键技术研究[D].天津大学硕士学位论文，2009.

[6] 何建平. 全尺度光纤布里渊分布式监测技术及其在土木工程的应用[D].哈尔滨工业大学博士学位论文，2010.

[7] 聂 俊， 李端有，梁 俊. 基于BOTDA的温度和应变测试[J].长江科学院院报，2011，28（4）：67～70.

[56] 张竞文，吕安强，李宝罡，杨 志.基于BOTDA的分布式光纤传感技术研究进展[J]. 光通信研究，2010，（4）： 25～28.

光纤传感技术论文范文篇3

关键词：隧道工程；光纤；监控量测；隧道施工；隧道火灾；健康监测

传统的传感器是以应变－电压为基础，以电信号来反映结构应变的变化，并借助导线传输。因此，传统传感器易受到电磁场和使用环境的影响。另外，由于电阻传感器和导线的金属易腐蚀性，难以实现长期监测和实时监测。这些传统传感器的局限性严重地制约了其应用，无法满足现代隧道建设中监控量测的需求，而以光纤传感技术为基础的光纤传感器不但可以替代传统传感器的作用，还可以很好的弥补传统传感器的上述缺陷。

1光纤传感器在隧道施工过程中监控量测

光纤传感器以其材质和工作原理上的优越性，具有受环境干扰小，传输损耗低，连接方式丰富(可将多个传感器并联输出)，导线价格低等优点，可以大大提高隧道监控量测的准确度和工作效率并可以降低工作风险和监测成本。隧道的监控量测包括必测项目和选测项目，其中的必测项目主要包括地质和支护状况观察、周边位移、拱顶下沉和地表下沉。必测项目中的这四项在隧道的监控量测工作中一般均需要做测试，这些项目一般通过观察、描述和光学测量仪器如水准仪、全站仪等进行监测，所以，隧道监控量测的必测项目一般不采用光纤应变传感器。选测项目中的锚杆内力量测、围岩体内位移量测、支护及衬砌内应力和表面应力量测、围岩压力及两层支护间压力量测、型钢支撑内外力量测可以通过布设在待测点的光纤应变传感器进行量测。光纤应变传感器在这些项目上的应用不但可以高效准确的进行监控量测，还可以一直将监测工作随着隧道从建设到运营进行长期全寿命实时监测，这一点具有传统传感器无法比拟的优势。

2光纤传感器在隧道火灾报警系统中的应用

光纤的光栅栅距和折射率会因其周围环境的温度变化而发生变化，这种变化会对应地引发光纤光栅的反射谱以及透射谱的变化。通过解调仪将光纤光栅的反射谱或透射谱发生的变化检测并读取显示出来，则得到了光纤光栅周围环境温度的变化数据，通过程序中设定的温度控制阀值和报警装置就可以对隧道内的温度进行实时监测和火灾报警。

(1)隧道内火灾发生的原因。隧道火灾一般由车辆、货物的着火以及交通事故起火而引发，而车辆油箱内的燃油和车辆所载易燃货物则为火灾的发生提供了物质条件。隧道内部发生火灾后，燃油和货物的燃烧会迅速释放出大量的热，并伴有大量的有毒气体和浓烟雾，同时隧道内部温度随之而迅速升高。

(2)光纤传感器的系统组成。光纤光栅感温火灾报警系统主要是针对所监测隧道内部温度的异常升高进行实时测量，显示温度并判断温度是否过高而进行及时报警。主要由光纤光栅感温探测器、解调系统、报警装置、传输光缆和计算机组成。

(3)光纤传感器在隧道内的布设和安装。光纤传感器在隧道内部的布设间距应根据隧道的长度来计算确定，间距太密造成工作量和成本的的浪费，太疏则会影响火灾探测的灵敏度和准确率。当隧道长度介于500m和10000m之间时，光纤传感器的纵向间距不能大于7m;当隧道长度超过10000m时，光纤传感器的纵向间距不能大于8m。光纤传感器应布置于距离隧道拱顶20cm左右的位置，并沿隧道纵向呈直线排列。光纤传感器应在隧道拱顶沿纵向用钢绞线进行固定，以便在不影响隧道内交通的情况下有效监测和预报火灾。对于长隧道和隧道群，由于工作人员观察室距离传感器距离较远，通常需要将光纤传感器测得的温度信号通过光缆远程传输到设备处理器，所以其布设方法和连接方式应按照隧道内车道数的不同而采取不同的方式方法。对于单车道和双车道的交通隧道，光纤传感器可在隧道内断面中央进行单排纵向布设;而当隧道行车道数量多于2时，光纤传感器在隧道内断面中央应按照双排进行纵向布设。双排布设时，两排传感器应交错布置，以便增大光纤传感器的感应机会。

3光纤传感器在隧道健康监测中的应用

隧道健康运营过程中最主要的病害就是隧道的衬砌结构劣化，其表现为衬砌的开裂、掉块、错台、和渗漏水等方面。隧道病害除了降低隧道的安全性、耐久性及其使用性能等外，如不及时发现和处治还会诱发其他更为严重的病害，甚至会缩减隧道的使用寿命。因此对隧道二次衬砌的全寿命监测就显得尤为重要。隧道二次衬砌病害的传统检测技术主要通过地质雷达、地震波法、CT等实现，这些方法可探明某时某刻隧道衬砌的情况和其周围的围岩情况，但无法对隧道内衬砌和围岩情况的变化进行实时监测和报警，同时传统监测由于需要组织大量人员设备进入隧道进行监测工作，不可避免的会影响甚至中段隧道交通。分布式光纤传感技术具有远程、精度高、耐久性、实时性和成本低等特点，将其布设在二次衬砌之中可对隧道衬砌结构的健康情况进行长期、实时的监测。该技术可自动进行，不会对交通造成干扰，并且其实时输出的数据信息可以让隧道工作人员随时掌握隧道的健康状况。光纤监测网的布设需要对隧道的围岩等级、围岩应力水平及经济性等进行综合考虑。沿隧道横断面布设的光纤传感器应根据围岩等级来确定其布设的环向间距，即传感器的环向间距应随着隧道围岩等级的增大而相应减小，并在隧道洞口附近适当加密布设。布设好光线监测网后，根据传输需要将传感器按照一定的连接方式组合，通过光缆将光线应变传感器连接到解调仪上进行监测。

4结论

光纤应变传感器以其相较于传统传感器的诸多优势而被广泛应用于隧道中。在隧道施工过程中，光纤应变传感器可以准确监测隧道结构的受力和变形情况，从而为隧道的安全施工保驾护航;在隧道火灾检测报警方面，光纤传感器以其自动化和网络化的特点提供良好的服务，从而预防火灾和减少火灾造成的损失;在隧道健康监测方面，光纤传感器可以实时监测隧道衬砌结构并进行长距离传输，从而使隧道的全寿命健康诊断与评估成为了可能。

参考文献

［1］陈建勋，马建秦．隧道工程试验检测技术［M］．人民交通出版社，2005．

［2］黄尚廉．光纤应变传感器及其在结构健康监测中的应用［J］．测试技术，2004．

［3］吴钰骅．长距离光纤传感技术在地铁隧道监测中的应用［J］．中国市政工程，2006．

［4］朱丽娟．轨道交通区间隧道感温光纤系统设置及应用［J］．山西建筑，2013．

［5］付华．光纤布拉格光栅传感技术在隧道火灾监测中的应用研究［J］．传感技术学报，2013．

［6］陈涛．光纤传感技术在火灾监测中的应用研究［D］．武汉理工大学硕士学位论文，2009．

［7］张影．光纤光栅火灾报警系统在高速公路隧道中的应用［J］．公路交通技术，2013．

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