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- 光纖傳感器的應(yīng)用案例簡(jiǎn)析
- 來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2015/6/8
光纖傳感器的應(yīng)用范圍很廣,幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防上所有重要領(lǐng)域和人們的日常生活,尤其可以安全有效地在惡劣環(huán)境中使用,解決了許多行業(yè)多年來一直存在的技術(shù)難題,具有很大的市場(chǎng)需求。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的應(yīng)用:
城市建設(shè)中橋梁、大壩、油田等的干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器的應(yīng)用。光纖傳感器可預(yù)埋在混凝土、碳纖維增強(qiáng)塑料及各種復(fù)合材料中,用于測(cè)試應(yīng)力松弛、施工應(yīng)力和動(dòng)荷載應(yīng)力,從而評(píng)估橋梁短期施工階段和長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)性能。
在電力系統(tǒng),需要測(cè)定溫度、電流等參數(shù),如對(duì)高壓變壓器和大型電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)的溫度檢測(cè)等,由于電類傳感器易受電磁場(chǎng)的干擾,無法在這類場(chǎng)合中使用,只能用光纖傳感器。分布式光纖溫度傳感器是近幾年發(fā)展起來的一種用于實(shí)時(shí)測(cè)量空間溫度場(chǎng)分布的高新技術(shù),分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)不僅具有普遍光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn),還具有對(duì)光纖沿線各點(diǎn)的溫度的分布傳感能力,利用這種特點(diǎn)我們可以連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量光纖沿線幾公里內(nèi)各點(diǎn)溫度,定位精度可達(dá)米的量級(jí),測(cè)量精度可達(dá)1度的水平,非常適用大范圍交點(diǎn)測(cè)溫的應(yīng)用場(chǎng)合。
此外,光纖傳感器還可以應(yīng)用于鐵路監(jiān)控、火箭推進(jìn)系統(tǒng)以及油井檢測(cè)等方面。
光纖同時(shí)具備寬帶、大容量、遠(yuǎn)距離傳輸和可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)、分布式、低能耗傳感的顯著優(yōu)點(diǎn)。光纖傳感可以不斷汲取光纖通信的新技術(shù)、新器件,各種光纖傳感器有望在物聯(lián)網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。
應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域
隨著光纖傳感器技術(shù)的發(fā)展,在土木工程領(lǐng)域光纖傳感器得到了廣泛的應(yīng)用,用來測(cè)量混凝土結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)部應(yīng)力,檢測(cè)大型結(jié)構(gòu)、橋梁健康狀況等,其中最主要的都是將光纖傳感器作為一種新型的應(yīng)變傳感器使用。
光纖傳感器可以黏貼在結(jié)構(gòu)物表面用于測(cè)量,同時(shí)也可以通過預(yù)埋實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部物理量的測(cè)量。利用預(yù)先埋入的光纖傳感器,可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷過程中內(nèi)部應(yīng)變的測(cè)量,再根據(jù)荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線斜率,可確定結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的形成和擴(kuò)展方式。通過混凝土實(shí)驗(yàn)表明,光纖測(cè)試的載荷-應(yīng)變曲線比應(yīng)變片測(cè)試的線性度高。
應(yīng)用于檢測(cè)技術(shù)
光纖傳感器在航天(飛機(jī)及航天器各部位壓力測(cè)量、溫度測(cè)量、陀螺等)、航海(聲納等)、石油開采(液面高度、流量測(cè)量、二相流中空隙度的測(cè)量)、電力傳輸(高壓輸電網(wǎng)的電流測(cè)量、電壓測(cè)量)、核工業(yè)(放射劑量測(cè)量、原子能發(fā)電站泄露劑量監(jiān)測(cè))、醫(yī)療(血液流速測(cè)量、血壓及心音測(cè)量)、科學(xué)研究(地球自轉(zhuǎn))等眾多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。
應(yīng)用于石油工業(yè)
在石油測(cè)井技術(shù)中,可以利用光纖傳感器實(shí)現(xiàn)井下石油流量、溫度、壓力和含水率等物理量的測(cè)量。較成熟的應(yīng)用是采用非本征光纖F—P腔傳感器測(cè)量井下的壓力和溫度。非本征光纖F-P腔傳感器利用光的多光束干涉原理,當(dāng)被測(cè)的溫度或者壓力發(fā)生變化時(shí)干涉條紋改變,光纖F—P腔的腔長(zhǎng)也隨之發(fā)生變化,通過計(jì)算腔長(zhǎng)的變化實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的測(cè)量。
應(yīng)用于溫度測(cè)量
光纖傳感技術(shù)是伴隨光通信的迅速發(fā)展而形成的新技術(shù)。在光通信系統(tǒng)中,光纖是光波信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸?shù)拿劫|(zhì)。當(dāng)光波在光纖中傳輸時(shí),表征光波的相位、頻率、振幅、偏振態(tài)等特征參量,會(huì)因溫度、壓力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等外界因素的作用而發(fā)生變化,故可以將光纖用作傳感器元件,探測(cè)導(dǎo)致光波信號(hào)變化的各種物理量的大小,這就是光纖傳感器。利用外界因素引起光纖相位變化來探測(cè)物理量的裝置,稱為相位調(diào)制傳感型光纖傳感器,其他還有振幅調(diào)制傳感型、偏振態(tài)調(diào)制型、傳光型等各種光纖傳感器。
應(yīng)用于測(cè)量金屬絲楊氏模量
采用傳感器測(cè)量?jī)x代替光杠桿鏡尺組組成新的楊氏模量測(cè)量系統(tǒng),不僅操作簡(jiǎn)短,而且提高了測(cè)量結(jié)果的精確度和準(zhǔn)確度。金屬絲傳統(tǒng)的拉伸法的基本原理是將金屬絲受到砍碼的作用力后的微小伸長(zhǎng)形變量通過鏡尺組的光路轉(zhuǎn)換而將之放大若干倍數(shù),從而得到微小伸長(zhǎng),再通過計(jì)算得到楊氏模量值。
而自從有的傳感器,我們把光纖傳感器測(cè)量新方法和上述方法對(duì)比,光纖傳感器的測(cè)量在靈敏度、精確度及準(zhǔn)確度上都有提高。紅外光測(cè)距系統(tǒng)測(cè)量的基本原理為采用紅外光光纖傳感器直接測(cè)量微小位移,紅外光光纖傳感器對(duì)于3mm以內(nèi)的微小距離測(cè)量的線性度是非常高的。系統(tǒng)由傳感器測(cè)量?jī)x與反射式光纖位移傳感器組成.
反射式光纖位移傳感器的工作原理是采用兩束多模光纖,一端合并組成光纖探頭,另一端分為兩束,分別作為接收光纖和光源光纖。當(dāng)光發(fā)射器發(fā)生的紅外光,經(jīng)光源光纖照射至反射體,被反射的光經(jīng)接收光纖,傳至光電轉(zhuǎn)換元件將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。其輸出的光強(qiáng)與反射體距光纖探頭的距離之間存在一定的函數(shù)關(guān)系,所以可通過對(duì)光強(qiáng)的檢測(cè)得到位移量。
在楊氏模量?jī)x的金屬絲處的圓柱體上利用磁鐵固定鍍鎳反射金屬片,使其能隨鋼絲伸長(zhǎng)而移動(dòng)。在支架臺(tái)上固定紅外傳感器,而后在傳感器測(cè)量?jī)x上通過改變位移將實(shí)驗(yàn)得到的電勢(shì)差值,通過多次測(cè)試,既轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器測(cè)量?jī)x自帶的螟旋測(cè)微儀,也即改變探頭與金屬片的距離和位置,當(dāng)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)記錄的鋼絲仲長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的電勢(shì)差值時(shí),記錄此時(shí)的螺旋測(cè)微儀讀數(shù)。測(cè)試表明采用紅外光測(cè)距此方法操作簡(jiǎn)單。只需將探頭和反射片安裝好后就可以直接開始在托盤上加法碼實(shí)際測(cè)量了,側(cè)量的結(jié)果是明顯優(yōu)于傳統(tǒng)測(cè)試。
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