光纤光栅传感器原理

1、光纤光栅传感器原理第一页，共18页。光纤光栅传感原理光纤光栅传感原理涂覆层涂覆层250um 纤芯纤芯9um 包层包层125um 1 1、光纤是由外径、光纤是由外径125um125um的包层和直径的包层和直径9um9um的纤芯组成的的纤芯组成的 圆柱形细丝圆柱形细丝2 2、纤芯由石英制成，光在纤芯内传输、纤芯由石英制成，光在纤芯内传输3 3、250um250um涂敷层保护光纤并增强光纤的机械性能涂敷层保护光纤并增强光纤的机械性能光纤光纤第二页，共18页。光纤光栅传感原理光纤光栅传感原理光纤光栅光纤光栅1 1、在光纤上用紫外光刻写光栅，、在光纤上用紫外光刻写光栅，10mm10mm的光的光纤光栅包含

2、了纤光栅包含了 10000 10000个在纤芯中规则分布的微小的反射镜面个在纤芯中规则分布的微小的反射镜面2 2、温度、温度/ /应变等物理量的变化与所导致的栅距变化呈线应变等物理量的变化与所导致的栅距变化呈线 性，光栅反射波长随栅距变化而线性变化；性，光栅反射波长随栅距变化而线性变化； 第三页，共18页。中心波长中心波长反射光谱反射光谱光纤光栅反射光的中心波长取决于光栅的条纹间距光纤光栅反射光的中心波长取决于光栅的条纹间距光栅的条纹间距取决于：光栅的条纹间距取决于：施加的应变施加的应变 温度温度 光纤光栅传感原理光纤光栅传感原理光纤光栅传感原理光纤光栅传感原理温度温度波长漂移波长漂移(nm)

3、第四页，共18页。透射光谱入射光谱光强光强反射光谱光强光纤光栅传感原理光纤光栅传感原理光在光纤光栅上的传输光在光纤光栅上的传输1 1、宽带光进入光纤，经过光栅反射回特定波长的光、宽带光进入光纤，经过光栅反射回特定波长的光2 2、通过测量光栅反射波长，换算被测体温度、通过测量光栅反射波长，换算被测体温度/ /应变等物理量；应变等物理量；3 3、光栅的温度特性为、光栅的温度特性为10pm/10pm/，应变特性为，应变特性为1.2pm/1.2pm/微应变微应变第五页，共18页。光纤光栅传感原理光纤光栅传感原理波分复用技术波分复用技术1 1、采用波分复用技术，可实现一根光纤上串联、采用波分复用技术，可

4、实现一根光纤上串联1818个传感器；个传感器；2 2、通过对不同波长光栅进行特定封装，在一根光纤上可实现温度、应变等多参数实、通过对不同波长光栅进行特定封装，在一根光纤上可实现温度、应变等多参数实时测量；时测量；Sensor1Sensor2Sensor3Sensor n123n接头1接头2透射光谱透射光谱入射光谱入射光谱反射光谱反射光谱12n3第六页，共18页。光纤光栅传感原理光纤光栅传感原理光纤光栅传感原理光纤光栅传感原理通过将两端光纤接头连接到监测仪器，即使某传感器故障，其它传感器依然可通过将两端光纤接头连接到监测仪器，即使某传感器故障，其它传感器依然可以被有效测量以被有效测量Sensor

5、1Sensor2Sensor3Sensor n12接头1接头2连接接头连接接头1时的反射光谱时的反射光谱1n33n连接接头连接接头2时的反射光谱时的反射光谱第七页，共18页。光纤光栅传感原理光纤光栅传感原理光纤光栅解调分析仪光纤光栅解调分析仪第八页，共18页。光纤光栅传感原理光纤光栅传感原理型型 号：号：WI810AWI810A通道数：通道数：8 8测点数：测点数：144144精精 度：度：10pm10pm型型 号：号：I1610BLI1610BL通道数：通道数：1616测点数：测点数：288288精精 度：度：10pm10pm型型 号：号：WI3210BWI3210B通道数：通道数：3232

6、测点数：测点数：400400精精 度：度：3pm3pm公司研发的光纤光栅解调分析仪公司研发的光纤光栅解调分析仪第九页，共18页。光纤光栅传感原理光纤光栅传感原理光纤光栅传感器光谱图光纤光栅传感器光谱图第十页，共18页。光纤光栅传感器的种类光纤光栅传感器的种类n通过对光栅进行一定的封装之后，但凡能够使光纤光通过对光栅进行一定的封装之后，但凡能够使光纤光n栅产生轴向形变的物理量，均可通过光纤光栅来测量。栅产生轴向形变的物理量，均可通过光纤光栅来测量。n 温度温度n 应变（压力）应变（压力）n 位移位移n 液位液位n 加速度加速度n 弯曲弯曲n 第十一页，共18页。光纤光栅传感器的种类光纤光栅传感器

7、的种类光纤光栅传感器光纤光栅传感器 利用光纤光栅温度、应变敏感的特性，通过传感头的利用光纤光栅温度、应变敏感的特性，通过传感头的设计设计/ /封装，可以测量各种物理参数：封装，可以测量各种物理参数： 温度温度 应变应变 压力压力 位移位移 液位液位 加速度加速度 气体含量气体含量 弯曲弯曲 第十二页，共18页。光纤光纤光栅光栅测量温度压力测量温度压力温度、压力曲线温度、压力曲线第十三页，共18页。1 1、材料优势：、材料优势： 传感器体积小，重量轻传感器体积小，重量轻 耐化学腐蚀耐化学腐蚀 优异的耐疲劳特性优异的耐疲劳特性 传感器本质防爆传感器本质防爆 适和应用于恶劣环境适和应用于恶劣环境2

8、2、传感优势：、传感优势： 光纤既是传感器又是信号传输媒介，抗强电磁干光纤既是传感器又是信号传输媒介，抗强电磁干扰扰 测点数多，可串，并联组网，可多参数测量测点数多，可串，并联组网，可多参数测量 长距离传输，可达长距离传输，可达40km40km 可靠性高，在某个传感器失效情况下，其它传感器可靠性高，在某个传感器失效情况下，其它传感器数据仍可有效测量数据仍可有效测量 光纤光栅传感器的特点光纤光栅传感器的特点第十四页，共18页。光纤光栅产品健康安全监测应用领域光纤光栅产品健康安全监测应用领域 航空航天（增强碳纤维复合材料健康监测，航天飞机航空航天（增强碳纤维复合材料健康监测，航天飞机温度和应变监测

9、）温度和应变监测） 舰船（结构健康安全监测，纤维增强塑料闸门实时舰船（结构健康安全监测，纤维增强塑料闸门实时监测）监测） 土木（建筑，桥梁，边坡，矿井结构安全监测）土木（建筑，桥梁，边坡，矿井结构安全监测） 电力（开关柜、变压器、电缆沟电力（开关柜、变压器、电缆沟/ /井安全监测）井安全监测） 石化（油品计量，液位测量，火灾报警，海洋平台石化（油品计量，液位测量，火灾报警，海洋平台/ /油井油井温度和压力温度和压力/ /应变监测）应变监测）光纤光栅传感器的应用光纤光栅传感器的应用第十五页，共18页。土木行业：水立方健康安全监测电力行业：风力发电叶片健康安全监测航空：直升机旋翼健康安全监测石化：海洋平台冰激安全健康监测轨道交通：Arbois铁路地基变形监测光纤光栅传感器的应用光纤光栅传感器的应用石化行业：储油罐温度监测第十六页，共18页。轨道交通：地铁健康安全监测轨道交通：地铁健康安全监测1 1、直流电源线支架安全监测；、直流电源线支架安全监测；2 2、隧道壁压力监测、隧道壁压力监测 ；3 3、隧道内的火灾监测；、隧道内的火灾监测；4 4、高压动力电缆温度监测、高压动力电缆温度监测 油田：地下油井健康安全监测油田：地下油井健康安全监测1 1、压力监测；、压力监测；2 2、温度监测；、温度监测；光纤光栅传感器的应用光