光纤传感器简介.pdf

光纤传感器 1 引文 监测技术作为工程师的眼睛，在地下工程的安全施工和顺利运营中发挥着不可忽视的作用。目前地下 工程监测所采用的传感元件主要是基于电阻式、电感式及钢弦式等的点式传感器。这些常规的电类传感器 普遍存在寿命短、成本高、安装不便、易受周围环境影响、易受电磁干扰、易被腐蚀、不能进行实时在线 监测和不能实现分布测量等缺点。 光纤传感技术是近年来发展起来的尖端监测技术。光纤传感器是利用光纤技术和光学原理，将感受的 被测量转换成可用输出信号的传感器。在光纤传感器中，光纤既是传感介质也是传输介质。作为传感介质 的光纤，具有测量敏感性高、性能稳定的优点；而作为传输介质的光纤，在传输过程中不受电磁干扰、信 号损失量小，传感光纤可以直接通过光缆连到控制监测中心，这样就可以实现远程分布式监测。 鉴于光纤传感器的这些优点，其在工程监测领域受到越来越多的重视。光纤传感技术已经在隧道、基 坑等地下工程的施工和运营中得到大量应用。光纤传感器根据测量方式可划分：点式 （SOFO ）、准分布式 （FBG ）和分布式传感器 （BOTDR BOTDA ）三种类型。 2 光纤传感器简介 2.1 点式光纤传感器 （SOFO） SOFO （源于法语Surveillance d’OuvragesparFibres Optiques 的首字母，意为光纤结构监测）是由瑞士联 邦工业学院土木工程系IMAC 应力分析实验室开发的一种点式光纤传感器。完整的SOFO 监测系统包括光 纤传感器、读数装置、数据分析软件以及附属设备（转换箱、连接盒、光缆和连接器等）。SOFO 监测系统 如图1 所示。 SOFO 测量系统基于低相干干涉原理：传感器实际上是一个由测量光纤和参考光纤组成的全光纤迈尔逊 干涉仪。发光二极管发出的激光光束被耦合器分为两束强度相同的光，分别进入测量光纤和参考光纤。测 量光纤可以随结构变形而改变光程的长度；参考光纤用于补偿由温度变化而引起的光纤折射率的变化。由 于两束光线经过不同的路线而存在光程差，因而相遇时会发生干涉，利用这些干涉图像，可以推断出光在 测量光纤中受结构变形影响发生的改变，进而得到结构变形量。 SOFO 测量精度和分辨率很高，但受成本和信号传输的限制，布点数量很有限，还不能从根本上突破点 式测量的局限，比较适用于结构重点部位的监测。 1 被测量 耦合器 反 光 参考光纤 镜 测量光纤 便携式读数仪 耦合器 发光 二极管 A/D 放大器 μ 滤光器 光电 二极管 便携式PC机 数据存储器 SOFO 图1 SOFO 监测系统组成 2.2 准分布式光纤传感器 （FBG） 光纤Bragg 光栅（Fiber Bragg Grating，简称FBG ）传感器是利用光敏光纤在紫外光照射下产生的光致 折射率变化效应，使纤芯的折射率沿轴向呈现出周期性分布而得到的一种波长调制型光纤传感器。 光纤光栅技术于1978 年问世，它本质是一段纤芯折射率周期性变化的光纤