光纤光栅传感网络

经过近些年的不断发展,光纤光栅传感网络的基本技术已经成熟,正在从实验室走向大规模工业应用。专业机构人员围绕着高速率、长距离光通信系统中的光纤光栅色散补偿器进行攻关,应用于各种光传输产品中。

光纤光栅传感网络工作原理

1、光纤光栅的敏感机制

用于传感的光纤光栅一般是制作在光纤芯内的布拉格反射器,它利用光纤材料的紫外光敏性,在纤芯内部形成空间相位光栅。这样具有一定频谱宽度的光信号经过光纤光栅后,特定波长的光沿原路反射回来,其余波长的光信号则直接透射出去。
改变光栅的有效折射率或周期就能改变光栅反射的中心波长,利用这一特性可以将光纤光栅用于许多物理量的传感测量。例如温度和应力是光纤光栅能够直接敏感的两个物理量,另一方面由于石英材料的弹光效应也会引起的光纤光栅有效折射率的变化。
这样光栅的中心波长漂移就反映了所处温度场或应变场的变化情况,从而达到测量的目的。由于光纤光栅中心波长随温度或应变的变化关系是线性的,所以可以非常方便地应用在传感领域。

2、光纤光栅传感网络

光纤光栅传感网络是集信号传感和传输双重作用于一体的网络结构形式,多个传感器需要按照一定的网络拓扑结构组合在一起,并通过同一个光电终端来控制和协调工作,从而实现多个传感信号的探测、识别和解调的功能。
由于光纤光栅是以波长编码的方式实现传感测量,因此在传感网络中可以采用光开关切换各个通道,互相并无串扰。各个通道可以采用相同波长的光纤光栅传感器阵列,从而有效的利用了频带资源,而各传感器反射回来的波长信号经过耦合器和可调谐扫描滤波器后被光电探测器接收。
当传感器阵列中某个传感器所处的环境(如温度场、应变场等)发生改变时,该传感器的中心波长就会发生漂移。这种波长的微小漂移被探测、采样并将采样数据送到信号处理模块进行计算分析,从而得到传感器的相关参量和相应的温度或应力的测量结果。
 

光纤光栅传感网络独特的技术和应用优势:

1、全光测量及远距离测量,不受电磁干扰。
2、准分布式测量:单根光纤可以串接几十个光纤光栅传感器,只需占用解调设备的一个通道。
3、可以与光纤通信网络融合,适合在广阔的地域组网。
4、测量精度高:测温精度±0、5℃,测温分辨率0、1℃,测量应变分辨率1μ。
5、实时性好:在大规模网络中,所有监测点的单次测量时间最快小于10ms。
6、传感器检出量是波长信息,不受接头损失、光缆弯曲损耗等因素的影响,对环境干扰不敏感。

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