光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)

光纖傳感與傳統(tǒng)技術(shù)

應(yīng)變計(jì)和熱電偶長(zhǎng)期以來(lái)一直是測(cè)試過(guò)程中測(cè)量應(yīng)變和溫度的標(biāo)準(zhǔn)。盡管這些技術(shù)已經(jīng)存在了數(shù)十年，但它們并不總是能夠有效地測(cè)試和監(jiān)控當(dāng)今的創(chuàng)新。遺留技術(shù)的局限性與準(zhǔn)確性無(wú)關(guān)，而主要與數(shù)據(jù)提供的洞察力水平有關(guān)。應(yīng)變計(jì)和熱電偶僅提供信息點(diǎn)，而某些類(lèi)型的光纖傳感器可沿光纖的整個(gè)長(zhǎng)度提供空間連續(xù)的數(shù)據(jù)。因此，工程師可以測(cè)量結(jié)構(gòu)上的應(yīng)變場(chǎng)和溫度分布，以便更好地了解組件在不同條件下的行為。點(diǎn)傳感器只允許工程師監(jiān)控關(guān)鍵點(diǎn)，分布式（空間連續(xù)數(shù)據(jù)）傳感器可以測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)和兩者之間發(fā)生的事情。在設(shè)計(jì)新的復(fù)合材料時(shí)，這種洞察力是非常寶貴的。另外，光纖傳感器可以嵌入材料中，以便更好地了解復(fù)合部件和結(jié)構(gòu)的內(nèi)部行為。

光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)

固有的光纖傳感技術(shù)，其中光纖電纜本身就是傳感器。在內(nèi)在傳感器的劃分中，一般來(lái)說(shuō)，有三代技術(shù)：基于點(diǎn)光纖布拉格光柵（FBG）的傳感器，散射和基于空間連續(xù)的FBG。散射技術(shù)采用完全分布式測(cè)量，而FBG技術(shù)可以具有少量感測(cè)點(diǎn)或完全分布，這取決于系統(tǒng)如何解釋來(lái)自傳感元件的信號(hào)。

FBG充當(dāng)微小的鏡子，并被制造成光纖的核心。當(dāng)光沿著光纖傳播時(shí)，每個(gè)光柵將一部分信號(hào)反射回系統(tǒng)。系統(tǒng)識(shí)別返回信號(hào)的變化并解釋該信息以提供準(zhǔn)確的應(yīng)變和溫度測(cè)量。大多數(shù)基于FBG的系統(tǒng)沿每根光纖都有一些感應(yīng)點(diǎn)。雖然這種多路復(fù)用功能是傳統(tǒng)技術(shù)的一大進(jìn)步，但它仍然無(wú)法提供關(guān)鍵區(qū)域之間監(jiān)控所需的傳感器密度。點(diǎn)FBG傳感器的一些優(yōu)勢(shì)包括精度，執(zhí)行動(dòng)態(tài)測(cè)試的能力以及高速數(shù)據(jù)采集。

散射技術(shù)根本不使用FBG，而是依賴(lài)于光纜中的缺陷來(lái)獲得讀數(shù)。目前，傳感系統(tǒng)中使用了三種不同類(lèi)型的散射技術(shù)，每種技術(shù)都具有不同的功能。一般而言，基于散射的光纖傳感系統(tǒng)受益于分布式數(shù)據(jù)和長(zhǎng)傳感長(zhǎng)度。然而，它們具有低數(shù)據(jù)保真度，數(shù)分鐘量級(jí)的非常慢的數(shù)據(jù)采集速率，并且易受振動(dòng)限制它們進(jìn)行靜態(tài)操作。

采用的技術(shù)融合了FBG點(diǎn)傳感器和基于散射的系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。使用FBG作為光纖中的傳感元件，但是沿著光纖的整個(gè)長(zhǎng)度連續(xù)刻錄它們。這與用于解釋信號(hào)的技術(shù)一起使我們的平臺(tái)能夠采用空間連續(xù)數(shù)據(jù)，同時(shí)保留使用FBG所提供的精度，動(dòng)態(tài)測(cè)試和高采集速率。這使工程師能夠在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)環(huán)境中獲得全應(yīng)變場(chǎng)，溫度梯度和其他參數(shù)的精確測(cè)量。使用光纖提供的分布式應(yīng)變數(shù)據(jù)，平臺(tái)還可以測(cè)量?jī)?nèi)部和外加載荷，偏轉(zhuǎn)，3D形狀和液位。

分布式應(yīng)變和溫度傳感技術(shù)使用數(shù)千個(gè)傳感器的光來(lái)測(cè)試和測(cè)量材料的完整性，并提高各行業(yè)系統(tǒng)的安全性和性能。通過(guò)利用系統(tǒng)，工程師可以在苛刻的環(huán)境中收集和分析材料和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。這有助于解決全球范圍內(nèi)的問(wèn)題，并鼓勵(lì)設(shè)備的可持續(xù)開(kāi)發(fā)，運(yùn)營(yíng)和維護(hù)

傳感器市場(chǎng)處于從點(diǎn)傳感器到分布式傳感器和智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備的轉(zhuǎn)變的尖端，這些設(shè)備一次可以測(cè)量多個(gè)參數(shù)。現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集硬件能夠支持多種傳感器類(lèi)型，然而，電纜的重量和傳感器的繁瑣安裝使得傳統(tǒng)解決方案的部署變得麻煩。多傳感平臺(tái)簡(jiǎn)而言之，傳感器技術(shù)可以同時(shí)監(jiān)控多個(gè)參數(shù)（應(yīng)變，溫度，偏轉(zhuǎn)等），并且足夠強(qiáng)大，可以在整個(gè)組織的多個(gè)應(yīng)用程序中部署，并在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中使用。它不僅僅是能夠使用相同的數(shù)據(jù)采集硬件監(jiān)控不同的參數(shù)。更重要的是，多傳感平臺(tái)可以整合傳感技術(shù)，因此相同的硬件（應(yīng)用技術(shù)的微小變化）可以適應(yīng)組織的多個(gè)測(cè)試和監(jiān)控需求。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，傳感系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)獲得空間連續(xù)信息，能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，能夠容易地與網(wǎng)絡(luò)集成并在實(shí)驗(yàn)室或惡劣環(huán)境中表現(xiàn)良好。