文章编号:100926825(2010)0420112202
光纤传感技术在边坡监测中的应用与发展
收稿日期:2009210213
作者简介:刘 志(19762),男,工程师,中铁二十二局第四工程有限公司,河北高碑店 074000
刘 志
摘 要:研究了光纤应变监测技术的设计原理及实用性,介绍了边坡监测中可应用的光纤传感器,分析了光纤传感技术
的优缺点,展望了光纤传感技术的应用,提出了光纤传感技术有待解决的不足之处。关键词:光纤传感器,边坡,监测,应用中图分类号:TU413.6文献标识码:A
0 引言
一直以来,边坡工程的安全监测一直是岩土工程界的一个重
要课题。目前,国内外应用于边坡安全监测的技术和方法很多,从传统的测斜管、压力计、雨量计和位移计,新型的GPS [1,2],
TDR [3]和光纤传感器[4,5]
,都被大量运用于实际工程监测当中。
传统监测技术在数字化、自动化方面比较落后,而一些新型的监
测技术,运用了新的测试原理,显示出更优异的性能。以光纤传
感器为例,利用玻璃光纤作为传感和传导介质,可以抗电磁干扰
以及地下水的腐蚀,寿命更长、精度更高。
1 光纤应变监测技术设计原理及实用性研究
1.1 光纤传感监测系统光纤传感监测系统主要由以下三部分构成:光纤传感器系
统、信号传输与采集系统、数据处理与监测系统。光纤传感器所用光纤由纤芯、包层和涂覆层组成。光纤纤芯
的主要成分为二氧化硅,其中含有极少量的掺杂剂,一般为二氧化锗,用以提高纤芯的折射率,形成全内反射的弱导光纤将光限
制在纤芯中。纤芯的直径在5μm ～50μm 之间,其中单模光纤为9μm ,多模光纤为50μm 。包层主要成分为二氧化硅,直径125μm 。涂覆层一般为环氧树脂、硅橡胶等高分子材料,外径为250μm ,用
于增强光纤的柔韧性、机械强度和耐老化特性[8]
。激光器发出的光在传感区域受环境信号的调制后经耦合器
进入光探测器,调节后得出环境信号。1.2 光纤网络布设如图1所示,光纤网是若干各节点经由光纤(或光缆)连接而成的面状网络,通过特定的布设方法,可以仅凭一条光纤便将所
有节点都连接起来,从而简化了数据线的接入问题。
根据具体的边坡条件,节点被固定在土体表面以下一定位
置,或直接附着在岩体表面,固定方式可以采取锚杆等方法;光纤
(光缆)通过专门的固定剂粘着在节点上,将岩土体表面的各节点
连接成网,用以监测岩土体的表面变形。而且,如果将光纤同地梁
则利用区间(0.625,1]内的分段函数f 2(a )来求解方程的根α3。
由于未知因子
r s r ,πM α1f c A r
的存在,仍然无法精确的确定函数在端点处的函数值;不过计算过程中上述未知因子却是已知的,
故可以证明条件2)是否成立,从而断定超越方程解的存在性。
3 结语
根据所学的相关知识对该工程进行分析,选择较佳的基础方案,以便达到技术上可行,经济上合理的要求。对两者进行结合考虑,初步选用了后压浆钻孔灌注桩、预制混凝土桩、沉管灌注桩三种桩基方案。通过对三种方案分别进行设计计算,在满足结构上安全可靠的前提下,选择最佳方案———后压浆钻孔灌注桩,最后对该法进行优化设计,对圆形截面进行数学上的优化革新,对这种方法进行可行性分析与论证。最终认定这种方法可以实现圆形截面灌注桩均匀配筋设计的可视化,对方便设计人员、提高设计效率具有重要的现实意义。
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Optimization calculation and design of the bored pile circular section
ZH ONG H ong 2hao
Abstract :According to section design of one project bored pile ,it gets visual optimization on mathematics aiming at difficulties of the bored pile circular section design calculation ,based on analysis and practical proving of the dichotomy theory ,thinks that the optimization effect more close to real results ,except for difficulties of understanding transcendental equation ,simplifies problem of higher mathematics ,improves design efficiency.
K ey w ords :bored pile ,circular section ,dichotomy
?
211?第36卷第4期2010年2月 山西建筑SHANXI ARCHITECTURE
Vol.36No.4Feb. 2010
和锚杆(索)相结合,把光纤植入地梁当中,用锚杆(索)来固定节点,还可以起到监测与加固的双重作用[7]
。
2 边坡监测中可应用的光纤传感器
在土木工程中使用的已经在商业化或即将商业化的光纤传感器有:基于Michelson 干涉原理的位移传感器[8];基于光纤弯曲损耗原理的光纤微弯应变传感器;基于光栅反射原理的布拉格光栅光纤传感器(可以测量应变和温度)[8];基于Fabry 2Perot 干涉原理的应变传感器;基于Raman 和Brillouin 散射原理的分布式温度传感器和基于水凝胶导致光纤微弯损耗原理的适度传感器等。
2.1 BO TDR
BO TDR 的测量原理是当单频光在光纤内传输时会发生布里
渊背向散射光,而布里渊背向散射光的频移(Brillouin Frequnencuy
Shift )与应变和温度成正比。为了扣除温度变化对频移的影响,
可利用一段不受外力作用的自由光纤进行温度补偿,并根据式
(1)中布里渊频移变化量与应变的关系,求得光纤的应变量:
ε=ΔυB υB (0)×C =
υB
(ε)-υB (0)υB (0)×C
(1)其中,υB (ε)为某应变下的布里渊频移;υB
(0)为无应变下的布里渊频移;C 为应变比例常数;ε为应变量。
目前该传感器的最大测量距离为80km ,应变测量范围为
-15000με～+15000μ
ε,距离分解度为1m ,应变的测量精度达±30μ
ε,基本满足工程边坡的技术监测要求[7]。2.2 FB G FB G 布拉格光栅光纤传感器的测量原理,是在光纤核心中一
段纵向折射率周期性变化排列(光栅),其间周期性折射率改变间
距以Λ表示,一般常使用的宽频光源为发光二极管、冷光二级管、
半导体激光,注入光纤中只有波长为λB
的光会被反射回来。λB
=2n Λ(2)其中,n 为光纤纤芯的有效折射率。当光栅受到外力产生应变时,造成原本间距的Λ改变增加量为ΔΛ,代入式(2)可得:ΔλB =2n ΔΛ(3)通过应变公式可求得:ε=Δl l =ΔλB λB
(4)3 光纤传感技术的优缺点与传统的电阻式测试技术相比,光纤传感技术具有明显的优
点:光传感技术可以进行分布式监测;由于只需要输入光源,因此
不受电磁等干扰,稳定性好,监测精度高,完全可以满足工程监测
的要求;同时,光纤应变监测技术可以进行远程监测,便于与各种管理系统及应急监视处理系统联网。
光纤传感技术最具有前景的优点是:在恶劣环境下可以达到无人监测的功能,这些是传统传感器无法胜任的;另一方面是准分布或者分布式光纤传感器,它不仅能测量传感器处的变形或者应力等物理量,而且同时可以得知位置,这样一根光纤就可以测出结构参数大致的分布状态,进行实时监测。
光纤的致命缺点是光纤细小,易折断。因此在埋设、布设时很困难。在设计布设方案时应该考虑到这一缺点,采取防护措施。作为一种新型的监测技术,光纤传感器可借助经验很少,技术应用还不够成熟,不能对边坡的变形进行全面的反映,在技术和施工工艺上都有待于更进一步的深入研究。
4 应用展望
光纤应变监测技术相比传统的电阻式监测技术而言具有明显的优势,必将在今后的工程监测中起到重要作用。现阶段的技术还不是很成熟,可以预想在不久的将来,光纤传感技术必将成
为许多工程监测的首选技术。光纤传感技术有待解决的不足之
处:1)测量信息处理系统的开发,数据的存储与传输系统,通过网
络达到及时处理数据;2)光纤的埋设技术和保护技术需要进一步
的深入研究。
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L IU Zhi
Abstract :Design principle and practice of the optical fiber strain supervision technology is studied ,applicable optical fiber sensor in slope super 2vision is introduced ,advantages and disadvantages of the optical fiber sensor are analyzed ,prospects application of the optical fiber sensor tech 2nology ,improve existing disadvantages of the optical fiber sensor technology.K ey w ords :optical fiber sensor ,slope ,supervision ,application
?
311? 第36卷第4期2010年2月
刘 志:光纤传感技术在边坡监测中的应用与发展
光纤传感器技术的概况及其特点 常见光纤温度传感器基本原理 1. 荧光式温度光纤传感器 1.1 基本原理 荧光式温度传感探头具有抗电磁干扰、稳定可靠、微小尺寸、长寿命及绝缘性好等特点，光纤温度传感器是利用物质的荧光辐射现象设计的。通常设在光纤的一端固结着微量稀土磷化合物，受紫外光照射后，激励其发出荧光。此荧光强度或余辉时间长度会随温度变化而变化，成为温度的函数，从而计算出被测温度。 1.2荧光式温度传感原理 荧光式温度传感探头是由普通多模光纤和在其顶部安装的荧光物质体(膜)组成。荧光物质接受一定波长(受激谱)的光激励后，受激辐射出荧光能量。激励消失后，荧光发光的持续性取决于荧光物质特性、环境因素，以及激发状态的寿命。这种受激发荧光通常是按指数方式衰减的，称衰减的时间常数为荧光寿命或荧光衰落时间(ns)。因为在不同的环境温度下，荧光寿命也不同. 因此通过测量荧光寿命的长短，就可以得知当时的环境温度。 2. 光纤法布里-彼罗特（Fabry – Perot）传感器 2.1 法布里-彼罗特（Fabry – Perot）腔 法布里-彼罗特（Fabry –Perot）腔是一个常见的光学器件。它是光纤法布里-彼罗特传感器的核心，同时也被应用到光纤光栅传感器当中。了解它的原理和特点将有助于理解以上两种传感器的工作原理和不同应用。 在讨论技术细节之前，读者需要明确以下两点: 1.光在任何界面都会发生反射，在大多数情况下会发生折射。比如光会在水面反射，再比如当光线穿过一块玻璃的时候，会分别在一块玻璃的上下表面同时发生反射。 2.光具有波粒二象性。也就是说光拥有波长λ，相位θ等表征物理量。光在真空中所经过的路程叫做光程 L,当光经过介质，比如玻璃时，光程变为L=n*d。 n 为介质的折射率（均大于1）， d 为光线经历的几何长度。同一单一光源发出的两束光（具有同样起始相位，且频率相同）如果再相遇，将发生干涉。如果他们的光程差是波长的整数倍，意味着他们的相位相等，则干涉的结果是强度增大（最大值）。如果他们的光程差是波长的整数倍+半波长，则干涉的结果是强度减弱(最小值)。对于其余情况，干涉后的强度在最大值与最小值之间。如果同样的干涉发生多次，最终一个均匀的宽频光，在绝大多数波长范围内的光强将变成0，而主要的强度将集中在光程差为整数倍的波长范围内。 所谓法布里-彼罗特（Fabry – Perot）腔就是一个两端为光反射界面的空腔。入射光在两个界面分别发生反射，这两束反射光的光程差就是 L=2Lc*n.? Lc是空腔的长度。由此可见，空腔长度决定光程差，光程差决定相位差，相位差又决定是干涉加强还是干涉减弱。当空腔长度变化的时候，对于同样波长的光，原先的相位差将改变。原先干涉加强极大的两束光将不再达到干涉极大。相反的，波长与原先不同的另外两束光将满足相位差是波长整数倍的条件，因而产生干涉极大。如果能够探测出前后两个干涉极大相应的波长差Δλ，便可计算出空腔长度的变化，从而实现传感。同时，如果两个界面的反射系数很高，也就是说光线在腔内将发生多次干涉，最终只有满足相干极大条件的波长分量得以不为0，其余分量都将
实验五 反射式光纤位移传感器 一、实验目的 了解反射式光纤位移传感器的结构，学习和掌握最简单、最基本的光纤位移传感器的原理和应用。 二、基本原理 反射强度调制式光纤传感器具有准确、结构简单、价格低廉等优点，广泛应用于各种位移、压力和温度传感器中。反射式光纤位移传感器的基本结构如图5-1所示，其中发射光纤通常由一根光纤构成，接收光纤有时候由单根光纤构成，而有些时候为了提高光的接收效率也经常由多根光纤构成。本实验采用的传光型光纤，它是由两根光纤的一端熔合后组成的Y 型光纤，一根作为发射光纤，端部与光源相接发射光束；另一根作为接收光纤，端部与光电转换器相接接收反射光。两根光纤熔合后的端部是工作端也称传感探头，截面为半圆分布即D 型结构。由光源发出的光传到端部出射后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收光信号经光电转换器转换成电压信号。 图5-1 反射式光纤位移传感器示意图 传光型光纤反射式位移传感器的发射调制方法，可用等效分析法来分析。首先，画出接收光纤关于反射体的镜像，然后计算出该镜像接收光纤在发射光纤纤端光场中所接收到的光强值，最后将该光强值乘以反射体的反射率R ，作为传感器的最后输出光强。如图5-2中的a 图所示。 接收光纤的镜像坐标即它的等效坐标位置为F （2z ，d ），这里z 为发射接收光纤的端面与反射体之间的距离，d 为发射光纤轴心到接收光纤轴心之间的距离，由此可以获得接收光纤接收到的光强为： ]] )/(1[exp[])/(1[)(2 2/30202222/3020c c tg a z a d tg a z RI z I θζσθζσ+-?+= 其中，0I 为光源的光强，σ为表征光纤折射率分布的相关参数，对于阶跃折射率光纤，它的值为1，0a 为光纤的纤芯半径，ζ为光源种类及光源与光纤耦合情况有关的调制参数， c θ为发射光纤的最大出射角。此函数的曲线形状如图5-2中的b 图所示。 reflector
国内外光纤传感器的发展现状 2011-6-29 8:25:44 讯石光通讯咨询网作者：iccsz 摘要:本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况：光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。 本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况：光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。前者报道了光纤光栅、分布式光纤传感技术以及光纤传感网的发展，这些是目前的研究热点；后者介绍了光层析成像技术、智能材料、光纤陀螺及惯性导航系统、工业工程类传感器（其中包括电力工业用高电压、大电流传感器，利用光纤的弹光效应和FBG器件的应力传感器等）。最后介绍了新型光纤材料与器件、氟化物玻璃光纤，碳涂覆光纤、以及正在研究中的蜂窝型波导光纤、液晶光纤等。 一、引言 随着密集波分复用DWDM技术、掺铒光纤放大器EDFA技术和光时分复用OTDR技术的发展和成熟，光纤通信技术正向着超高速、大容量通信系统的方向发展，并且逐步向全光网络演进。在光通信迅猛发展的带动下，光纤传感器作为传感器家族中年轻的一员，以其在抗电磁干扰、轻巧、灵敏度等方面独一无二的优势，已迅速成长为年成交额超过10亿美金，并预计将于2010年拥有超过50亿美金市场的产业。每年由美国光学工程师学会(OSA)主办的光纤传感国际会议（OFS）及时报道着光纤传感领域的最新进展，并对光纤传感及其相应技术进行有益的研讨。 当前，世界上光纤传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光纤技术的日趋成熟，对光纤传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。由于光纤传感技术并未如光纤通信技术那样迅速地获得产业化，许多关键技术仍然停留在实验室样机阶段，距商业化有一定的距离，因此光纤传感技术的原理性研究仍处于相当重要的位置。由于很多光纤传感器的开发是以取代当前已相当成熟，可靠性和成本已得到公认，并已经被广泛采用的传统机电传感系统为目的，所以尽管这些光纤传感器具有如电磁绝缘、高灵敏度、易复用等诸多优势，其市场渗透所面临的困难和挑战是可想而知的。而那些具有前所未有全新功能的光纤传感器则在竞争中占有明显优势，FBG和其它的光栅类传感器就是一个最好的例证。当前的原理性研究热点集中于光纤光栅（FBG和LPG）型传感器和分布式光纤传感系统两大板块。 FBG型光纤传感器自发明之日起，已走过了原理性研究和实验论证的百家争鸣阶段。目前成熟的FBG制作工艺已可形成小批量生产能力，而研究的焦点也转向解决高精度应用，完善解调和复用技术，以及降低成本等几个方向上。另一方面，由于光纤传感器具有将传输与传感媒质合而为一的特性，使得沿布设路径上的光纤可全部成为敏感元件，因此，分布式传感成为光纤传感器与生俱来的优点。 对于光纤传感技术的应用研究主要有以下四大类：光（纤）层析成像技术（OCT，OPT）、智能材料（SMART MATERIALS）、光纤陀螺与惯导系统（IFOG，IMIU ）和常规工业工程传感器。另外，由于光纤通信市场需求的带动以及传感技术的特殊要求，新型器件和特种光纤的研究成果也层出不穷。 目前，我国的光纤传感器研究大多数集中于大专院校和科研单位，仍然未完成由实验室向产品化的过渡。其中，比较成熟的技术包括：清华大学光纤传感中心与总后合作研制开发的光纤油罐液位与温度测量系统，已经安装运行数年；北京航空航天大学与总装合作研制的光纤陀螺系统，目前指标为0.2°/hr ；中国计量学院研制的分布式光纤传感系统，已有产品报道；华中理工大学与广东某公司联合研制的强电压、大电流传感系统。此外，在广东、深圳等地，还建立了许多光纤无源器件生产厂
2009.No3６４ 摘要：介绍了提高光纤传输效率的两个途径，指出目前利用光纤通信来进行继电保护的三种方式：光纤纵联差动保护，分相允许式光纤纵联保护，过电压或失灵启动远跳。并简要介绍光纤测温技术的工作原理及其在变压器上的应用。 关键词：光纤维 继电保护 测温技术 由于光纤传感技术的传感与传输信号都是光学信号，而不是传统的电信号，因而具有许多独特的优点，对电绝缘，抗电磁干扰，适合高电压场所；精度高，能远距离传输信号；尺寸小、重量轻，有利于微型化；寿命长、长期可靠性好，适合大型工程长期安全监测等。因此，光纤传感技术得到了高度重视和快速发展，成为国家重大工程、重大装备、武器系统等国民经济诸多领域急需的关键技术之一。 一、提高光纤传输效率的两个途径 （一）４０Ｇｂｉｔ／ｓ 传输系统的发展、挑战与应用。准同步传输体系（ＰＤＨ）利用光纤的单一波长传输速率从８Ｍｂｉｔ／ｓ、４Ｍｂｉｔ／ｓ１４０ｂｉｔ／ｓ，同步传输体系（ＳＤＨ）利用光纤的单一波长传输速率从１５５Ｍｂｉｔ／ｓ、６２２Ｍｂｉｔ／ｓ、２．５Ｇｂｉｔ／ｓ 到１０Ｇｂｉｔ／ｓ。从实际应用来看，４０Ｇｂｉｔ／ｓ 传输系统必须采用外调制器，目前具备足够输出电压能够驱动外调制器的驱动集成电路还不成熟；沿用多年的ＮＲＺ调制方式能否有效、可靠地工作于４０Ｇｂｉｔ／ｓ 系统还不确定，可能需要转向性能更好的普通归零（ＲＺ）码乃至调制效率更高的其他调制方式。除了技术因素外，经济上是否可行也是必须考虑的关键因素。尽管目前我国干线网络的波道利用率已经超过７０％，但是光纤利用率不到３０％，ＳＤＨ 电路利用率不到５０％，因此只需在波分复用层面上扩容即可，光缆网的总体容量依然有余，并不需要立即全面升级到４０Ｇｂｉｔ／ｓ速率。另需认真考虑的因素是光缆的极化模色散特性。对于短距离传输，无须色散补偿、光放大器和外调制器，４０Ｇｂｉｔ／ｓ传输系统具有很低的单位比特成本，上述问题不是障碍。因此，４０Ｇｂｉｔ／ｓ传输系统完全可以由短距离互连应用开始，包括端局内路由器、交换机和传输设备间的互连，乃至扩展至城域网范围和短距离长途应用。 （二）粗波分复用系统（ＣＷＤＭ）技术的发展与应用。随着技术和业务的发展，利用光纤的多个波长进行复用就是ＷＤＭ 技术。目前，１６０波系统已经成熟商用。它正从长途传输领域向城域网领域扩展，作为进一步提高光纤传输效率的另一个主要途径。尽管城域ＷＤＭ 系统的建设成本明显低于长途网ＷＤＭ 系统，但是目前的绝对成本仍然较高，特别是需要使用光纤放大器的长距离应用成本较高。此外，当前在网络边缘需要整个波长带宽的用户和应用毕竟很少，ＷＤＭ 多业务平台主要适用于核心层，特别是扩容需求较大、距离较长的应用场合。为了进一步降低城域ＷＤＭ 多业务平台的成本，出现了ＣＷＤＭ 粗波分复用系统（Ｃｏａｒｓｅ Ｗａｖｅ Ｄｉ－ｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）。这种系统的典型波长组合有４、８和１６三种，波长通路间隔达２０ｎｍ，允许波长漂移±６．５ｎｍ，大大降低了对激光器的要求，成本也大为降低。此外，由于ＣＷＤＭ 系统对激光器的波长精度要求较低，无需制冷器和波长锁定器，不仅功耗低、尺寸小，而且封装可以采用简单的同轴结构，比传统碟型封装成本低，激光器模块的总成本可以减少２／３。从滤波器角度看，典型的１００ＧＨｚ 间隔的介质薄膜滤波器需要１５０层镀膜，而２０ｎｍ 间隔的ＣＷＤＭ 滤波器只需要５０层镀膜，其成品率和成本都可以获得有效改善。 二、光纤通信在继电保护中的应用 继电保护装置信号的物理传输通道有光纤、微波、电力线载 波等，微波和电力线载波易受气候变化影响，传输质量较差，而光纤通道不怕超高压与电磁干扰，传输容量大，绝缘性能好，衰耗低，可靠性高，在继电保护领域中得到了日益广泛的应用。 （一）光纤通信来进行继电保护。当被保护的线路长度较长时，为了补偿光功率损耗，把ＲＣＳ－９３１系列光纤纵差保护装置的光信号传入ＭＵＸ－２Ｍ继电保护信号数字复接接口装置，再转化为电信号通过７５Ω的同轴电缆连接通讯ＳＤＨ设备的２０４８ｋ ｂｉｔ／ ｓ口传到对侧，如图１中的（ ｂ）。ＳＤＨ环网采用的是１５５Ｍ以上速率的传输设备，传输容量大，具有强大的保护恢复能力。当被保护线路发生故障时，装置根据对两侧电流的幅值和相位比较启动光纤纵联差动保护动作使两侧跳闸，所有装置都处理后动作时间一般在３０ｍｓ以内，能够快速切除故障，有效保护线路全长。 假设线路发生Ａ相区内故障时，本侧ＲＣＳ－９０２Ｃ系列分相允许式纵联保护装置发出“Ａ相允许跳闸”电信号开入到ＦＯＸ－４１Ａ型继电保护光纤通信接口装置， ＦＯＸ－４１Ａ内部把此电信号转为光信号传输到对侧的ＦＯＸ－４１Ａ，本侧与对侧之间光纤传输根据线路长度不同有两种传输方式。 对侧的ＦＯＸ－４１Ａ光电转换后再把“Ａ相允许跳闸”电信号开入到对侧的ＲＣＳ－９０２Ｃ，对侧的ＲＣＳ－９０２Ｃ保护装置已判断是Ａ相区内故障并收到对侧“Ａ相允许跳闸”信号则保护动作跳对侧Ａ相断路器。同理，对侧发允许跳闸信号到本侧过程也是一样，Ｂ或Ｃ相故障也与Ａ相故障分析过程一样。所有装置都处理后保护动作时间一般在３０ｍｓ左右，快速有效，如图２所示。 当被保护线路本侧过电压保护跳闸并启动对侧断路器跳闸时，可以把远跳信号通过ＦＯＸ－４１Ａ传输到对侧；当被保护线路本侧保护跳闸但是断路器失灵没有跳开时，为了避免故障发展扩大，也可以把失灵信号通过ＦＯＸ－ ４１Ａ传输到对侧启动对侧断路器跳闸，如图３所示。 （二）工程中实际应用问题。１、通道故障检测。光纤纵差保护安全可靠，在使用和运行当中主要是光纤通道的维护。如果光纤通道告警，可以进行逐段自检来确认装置和通道是否正常，另外需仔细观察与光电通道相关的告警指示灯和装置控制字，还可以用光功率计测试光收发功率与光衰耗。部分厂家提供的ＳＤＨ设备也可以实现实时的光功率在线检测，为网络的维护提供了极大的便利性。２、光纤纵差保护旁路切换。目前通信速率一般是２０４８ｋｂｉｔ／ｓ，也有少部分是６４ｋｂｉｔ／ｓ，这给光纤纵差保护的旁路代线路切换运行来了一定问题，根据现在通信的发展情况，通信速率可以都统一到２０４８ｋｂｉｔ／ｓ。与电力线载波高频保护的旁路代线路切换运行需要切换高频载波电缆通道一样，光纤纵差保护的旁路代线路切换运行需要切换光纤通道。 三、光纤测温技术在变压器上的应用 使用光纤探头测量绕组温度时， 将其嵌入垫块或直接附在需要温度监测的导线上，这种使用方式， 首先必须拆开局部导线绝缘， 并在安装光纤测温探头后再恢复导线绝缘。更普遍的方法是 光纤传感技术的应 用现状 ◇ 刘云圣
智能化振动光纤探测系统技术方案 2017年
目录 第一章项目介绍 (3) 第二章系统安装 (5) 第三章产品介绍.......................... 错误!未定义书签。第四章系统功能.......................... 错误!未定义书签。第五章售后服务及承诺.. (15)
第一章项目介绍 1.1项目概况简介 “XXXXXX”位于XXXXXX，对XXXXXX的生命财产安全的重要性来说是不言而喻的，所以针对“XXXXXX”项目建设的重要性，我方按照“先进性、实用性、可靠性、兼容性、冗余性”的“五点”公司产品设计原则，提供具有安全、便捷、优质的生活、工作环境，而且将作为指导思想贯穿整个周界安防系统的方案中。 “XXXXXX”项目的周界大概XXX米，其中大门断开数X个，分XX个震动光缆防区。每个防区大概为XXX米，采取挂网式安装方式，振动传感光缆呈S型敷设，通过探测感应非法人员攀爬围栏入侵防范区域的振动信号，同时区分人入侵信号和其它振动误报源信号特征，排除误报源。构成有效的防翻越防御探测防范预警系统，采用武汉宇鸿安的震动光缆探测器。双防区震动光缆探测器安装在两个周界防区的中间，单防区安装在周界防区的起始端。每终端控制主机安装在机房或门卫或控制室，终端控制主机从机房或门卫或控制室两边走线采用光纤信号传输，探测器供电从机房或门卫或控制室分别提供AC220V电源，电源线从机房或门卫或控制室两边走线并用电源线RVV2.0*1.5传输或UPS电源，或从弱电井中取电。终端控制室用报警主机进行管理和软件管理平台信息查询，并联动周界报警电子地图，更直观更迅速了解入侵防区位置，有效打击犯罪行为。 随着社会的发展，人们安防意识的提高，现代化的安防技术得到了广泛的应用。在一些重要的区域，如军事基地、武器弹药库、监狱、银行金库、博物馆、油库、等处，为了防止非法的入侵和各种破坏活动，传统的防范措施是在这些区域的外围周界处设置一些（如铁栅栏、围墙、钢丝篱笆网等）屏障或阻挡物，安排人员加强巡逻。在目前犯罪分子利用先进的科学技术，犯罪手段更加复杂化、智能化的情况下，传统的防范手段己难以适应要害部门、重点单位安全保卫工作的需要。人力防范往往受时间、地域、人员素质和精力等因素的影响，亦难免出现漏洞和失误。因此，安装应用先进的周界探测报警系统就成为一种必要措施。震动光缆系统是一种“有形”的报警系统，实实在在地给人一种威慑感觉，使入侵者增加一种心理压力，能对潜在的入侵行为进行预防和警示，从而把报警系统和警戒系统有机地结合起来，达到以防为主，防报结合的目的。目前已被广泛使用在周界安防领域，可做到事前威慑，事发时阻挡并报警，还能延缓外界的入侵时间,具有较强的安全可靠性。安装系统后，相当于在墙顶上形成一道“有形”的电子屏障，增加了围墙高度，使外人无法入侵，也使围墙内的人无法从墙面攀越逃离。
一、边坡问题的现状 滑坡是指斜坡上的土体或岩体，受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素的影响，致使部分或全部土体（或岩体）在重力作用下，沿着地面软弱面（或软弱带）整体地或分散地顺坡向下滑动的地质现象。 我国是地质灾害多发国家之一，尤以滑坡灾害的影响最为严重。据不完全统计，中国有70多座城市和460多个县市受到滑坡灾害的威胁及危害，平均每年至少造成15-23亿元的经济损失。如果能够对滑坡进行监测, 实现滑坡危害的早期预报, 就可以最大限度地减少和防止滑坡所造成的损失。因此, 监测既是滑坡调查、研究和防治工程的重要组成部分，又是崩塌滑坡灾害预测预报信息获取的一种有效手段。 二、滑坡监测的方法 从滑坡的监测内容来看，滑坡监测应该是由多种监测方法相结合的。对于不同的监测目的、不同的滑坡发育阶段及不同的滑坡类型所选择的滑坡监测方法也不同。目前滑坡动态监测中使用的技术大致可归纳为宏观简易地质检测法、大地精密测量法、设站观测法、仪器仪表监测法和综合自动遥测法。 2.1 、宏观简易地质检测法 这种方法主要是对滑坡发育过程中的各种迹象，如地裂隙、房屋、泉水动态等进行定期监测、记录，掌握滑坡的动态变化和发展趋势。其中，最常用的是对地表裂隙、建筑物变形的监测。在裂隙处设置简易监测标志，定期测量裂隙长度、宽度、深度的变化，以及裂隙的形态和开裂延伸方向等。由于滑坡体在滑动过程中各部位受力性质和大小不同，滑速也不同，因而不同部位产生不同力学性质的裂隙，有滑坡后部的拉张裂隙、滑坡体中前部两侧的剪切裂隙、滑体前缘的鼓张裂隙和滑坡舌部的扇形裂隙。除此之外，还有一些滑坡标志，如封闭洼地、滑坡鼓丘、滑坡泉、马刀树、醉汉林等。该方法的特点是获取的信息直观可靠，简单经济，实用性较强，适应于对正在发生病害的边坡进行观测。但也存在内容单一、精度低和劳动强度大等缺点。 2.2、大地精密测量法 该方法即采用高精度光学和光电测量仪器，如精密水准仪、全站仪等仪器，通过测角和测距来完成监测任务。监测边坡的二维( X、Y 方向)水平位移常用前方交会法、距离交会法：监测水平单向位移常用视准线法、小角法、测距法：监测边坡的垂直位移常用几何水准测量法、精密三角高程测量法。 大地精密测量法长期以来受到滑坡工程监测人员的高度重视，是由于具有如下优点：能确定边坡地表变形范围；量程不受限制；能观测到边坡体的绝对位移量；精度高；多维测量能提供点位坐标和高程；测量数字化，和计算机技术结合形成系统，实时性强；一机多测点，效率高。适用于不同变形阶段的位移监测。但是这种方法的缺点是受到地形条件和气象条件的限制，工作量大，周期长，连续观测能力差。 3.3 仪器仪表监测法 滑坡稳定性的监测涉及到一系列的影响滑坡特定的因素及其随时间的变化量，如降雨量、土壤潮湿度、地下水位及移动特征，其中最重要的是两个因素是移动特征和地下水位。滑坡的移动特征则由滑动面的深度、方向、移动量和移动速度等指标来表示，通过监测这些指标中得一项或者多项就能达到监测滑坡的目的 2.2、GPS滑坡监测系统
信息安全与技术·2013年1月1引言 物联网是通过射频识别技术（RFID ）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备按照约定的协议把一些有联系的实体通过互联网相互连接到一起进行信息的传输和传递，可以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络实现概念。这种概念是在互 联网的概念基础上发展起来的，是将用户端延伸并扩展到任何物品与物品之间进行通信和信息交换的网络概念。近年来，随着光纤通信技术的不断发展，进而出现了光纤传感技术。 自光纤传感技术开始发展以来，光纤传感器因具有多种优点而得到了快速发展，例如体积偏小、灵敏度非常高、抗干扰能力强等，现如今，已经被广泛应用到很多 叶宇光 （福建省泉州师范学院数学与计算机科学学院 福建泉州362000） 【摘 要】现如今，物联网已经发展成为了一个研究热点，而光纤传感技术在物联网的发展中也得到了广泛的应用， 并引起了广泛的关注。物联网的核心部件为传感器，特别是光纤传感器，它和其它的类型的传感器所不具有的优势，而物联网主要有四个技术构层，它们是应用接口、数据处理技术、数据传输网络和传输网络，在物联网中我们将会看到有大量的各种各样的传感器的存在，这些传感器可以用来感知不同的环境参数，比如温度、重力、光电、声音、震动和位移，这些传感器为物联网提供最原始的数据信息。当前，光纤传感技术在物联网中的应用引起社会各界的高度关注。本文主要对物联网的界定、构成以及光纤传感器的原理和发展现状进行了深入的探讨和分析，并且重点是对光纤传感技术在物联网中的应用加以详细阐述。希望可以通过本文的论述，能够对今后光纤传感技术在物联网中的应用产生一些积极影响。 【关键词】光纤传感技术； 物联网；原理与现状；应用；传感网络O ptical Fiber S ensing Technology in the A pplication of the Internet of Things Ye Yu-guang （Fujian Province,Quanzhou Normal University Mathematics and Computer Science FujianQuanzhou 362000） 【A bstract 】N ow adays,Internet has becom e a research hotspot,and optical fiber sensing technology in the developm ent of Internet of things have been w idely used,and has aroused w ide concern.N etw orking core com ponents as sensor,particularly for optical fiber sensor,it and other types of sensors have m any advantages,but the Internet has four m ain technical structure layer,w hich is the application of interface,data processing,data transm ission netw ork and transm ission netw ork,the joint netw ork w e w ill see a large num ber of a variety of sensors,the sensor can be used to perceive different environm ental param eters,such as tem perature,gravity,photoelectric,sound,vibration and displacem ent,these sensors for netw orking w ith the original data inform ation.C urrent,optical fiber sensing technology in netw orking application causes the height of social all circles pay close attention to.This paper focuses on the Internet of things,w hich define and fiber-optic sensor principle and developm ent present situation has carried on the thorough discussion and analysis,and thefocusis ontheoptical fiber sensing technology in netw orking applications to elaborate.H ope that through this paper,to the future of optical fiber sensing technology innetw orkingapplications havesom epositiveeffects. 【K e ywords 】optical fiber sensingtechnology;netw orking;principleandstatus;application;sensor netw ork 光纤传感技术在物联网中的应用 物联网·技术应用·ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 65··
仪器与电子学院实验报告 （操作性实验） 班级： 学号： 学生姓名： 实验题目：反射式光纤位移传感器特性实验 一、实验目的 1）掌握反射光纤位移传感器工作原理； 2）掌握反射光纤位移传感器静态特性标定方法。 二、实验仪器及器件 光纤、光电转换器、光电变换器、电压表、支架、反射片、测微仪。 三、实验内容及原理 反射式光纤位移传感器的工作原理如图3所示，光纤采用Y 型结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为接收光纤和光源光纤，光纤只起传输信号的作用。当光发射器发生的红外光，经光源光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电转换元件将接收到的光信号转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到位移量。 图1 反射式光纤位移传感器原理及输出特性曲线 四、实验步骤 1、观察光纤结构：本仪器中光纤探头为半圆型结构，由数百根光导纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。 2、将原装电涡流线圈支架上的电涡流线圈取下，装上光纤探头，探头对准镀铬反射片( 即
电涡流片)。 3、振动台上装上测微仪，开启电源，光电变换器Vo端接电压表。旋动测微仪，带动振 动平台，使光纤探头端面紧贴反射镜面，此时Vo输出为最小。然后旋动测微仪，使反射镜面离开探头，每隔0.5mm取一Vo电压值填入下表，作出V—X曲线。 4、根据所测数据求出平均值后，在坐标纸上画出输出电压-位移特性曲线（分前坡和后坡）， 计算灵敏度S=，并在坐标纸上画出V—X关系线性、灵敏度、重复性、迟滞曲线。 五、实验测试数据表格记录 表1 六、实验数据分析及处理 1、线性度： 图2 线性曲线
摘要 关键词：光纤传感器；介绍；优点；应用 近几年来，物联网发展飞快。光纤通信与光纤传感技术将在物联网领域发挥重要作用。光纤具有宽带特性，可将各种传感器复用到一根光纤，进行检测和传输。由于光纤本身具有电绝缘性好、不受电磁干扰、无火花、能在易燃易爆的环境中，还具有成本低、结构简单、可靠性高等优点，光纤材料用做传感器具有独特的优势。物联网与光纤传感有相辅相成、相互促进的作用。各种光纤传感器有望在物联网中得到广泛应用。 ABSTRACT The Internet of things develop quickly in recent years.Optical fiber communication and optical fiber sensing technology will play an important role in the field of Internet of things.Optical fiber have broadband characteristics, various sensors can be reused to a single fiber to text and transport.Because of the fiber’s good electrical insulation, not subject to electromagnetic interference, no spark, can in inflammable and explosive environment ,also has the advantages of low cost, simple structure, high reliability ,optical fiber materials used for sensor has a unique advantage.The Internet of things with the optical fiber sensing supplement each other and promote each other. All kinds of optical fiber sensor is expected to be widely used in the Internet of things. Keywords：Optical fiber grating sensor; Introduction; Advantages; application
第二章 多传感器的光网络技术 2．2．1 网络损耗的主要来源 1．弯曲引起的光纤损耗（弯曲损耗） 弯曲损耗： 宏弯损耗 微弯损耗 1）光纤的宏弯损耗:曲率半径在一个临界值 c R ，c R R >时附加损耗可以忽略不计；否则， 弯曲损耗指数增加。确定R 值是很重要的。多模光纤cm R 1≥时，附加损耗可以忽略不计。 2）光纤的微弯损耗（1）多模光纤的微弯损耗多模光纤在微弯时，主要是相邻模之间发生耦合 弯波矢量 c k k ='（微弯周期c l l =）时，损耗最大。 c l l =处的主衰减峰的谱宽为L l c /22， 主衰减峰两侧还有次极大出现。③损耗与微弯振幅2 d A （平方）成正比（这一点可以加以利 用）。④损耗与微弯总长度L 成正比。 （2）单模光纤的微弯损耗 模斑半径越小，损耗越小。 2．光纤和光源的耦合损耗 1）半导体激光器和光纤的耦合损耗 半导体激光器发出的光不是圆的光班，其发散角在互为垂直的方向上也不一样大。 ()()?? ?????? ????????? ???? ? ??+???? ?? -=2 2 2exp ,,y x y x z A z y x I ωω 其中 x z x 0πωλω= ， y z y 0πωλω= （1）直接耦合的损耗 直接耦合：将光纤端面直接指向激光器发光面（点）。 举例：光纤NA=0.14，其孔径角 c θ2约为16°半导体激光管发散角//2θ（平行于PN 结） 仅为5°~6°，距离很近时，可以全部耦合；⊥θ2大于c θ2，不能保证全部的光都能进入光纤。 耦合效率的计算： ()()() ∞=?? ????? ? ????????????? ? ??+??? ? ??-==? ??? ∞ ∞ ∞ ∞ Berf dxdy y x s A dxdy z y x I P y x 002 2 0002exp 2,,2ωω ()?∞???????????? ??-???? ??=022exp 22dx x s A b x y ωωπ ()? ???? ??-???? ??=A y dt t A erf 022exp 22ωπ 误差函数y y t ω2= ， y dy dt ω= 在 s z =平面内，B 为常数。显然，包含在光纤孔径角// 2θ 内的光功率是 ()?? ???????=???? ??-???? ? ? =?? ? ??????????????????? ??+???? ??-=πλθπωλθωπωω202 02 2tan 22exp tan 222exp 20 c oy c oy x y y x berf dt t B dxdy y x s A P 估算，光纤端面损5%， 则 ()[] []%95/tan 2%950max ?∞=?=erf erf P P c oy λθπωη m oy μω05.0=，m μλ85.0=的激光和14.0=NA （?=8c θ）的直接耦合，max η约为 20%。 （2）透镜耦合的损耗 ①光纤端面磨成球面的耦合 ②柱透镜耦合 ③凸透镜耦合（也可用自聚焦透镜代替） ④圆锥表透镜耦合 2）半导体发光二极管和光纤的耦合损耗 发光管不同于激光器，其发光相当于余弦发光体。后者相光强分布相当于高斯形。用朗伯发光面（见固体光电子学），半球空间发出的总功率为 ?==20 02cos sin 22π πθθθπE E BA d BA P E A ——发光 面积，B ——光源亮度（单位面积向某方向单位立体角发出的光功率）； 通常，半导体二极管发光点的面积比光纤端面积小。 Ω=d BA dP E θcos ?==c c E E BA d BA P θθπθθθπ0 2sin 2cos sin 22 直接耦合时的最 大效率为 ()2 20 m a x s i n NA P P c == θη 举例：当14.0=NA 时，效率为2%，功率为5mW 的发光二极管，耦合入光纤的功率仅为 几十微瓦。采用透镜耦合，与激光管类似。 3．光纤和光纤的直接耦合损耗 1）多模光纤和多模光纤的直接耦合损耗 （1）轴偏离对耦合损耗的影响 （2）两光纤端面之间的间隙对耦合损耗的影响 （3）两光纤轴之间的倾斜对耦合损耗的影响 （4）光纤端面的不完整性对耦合损耗的影响 ①端面倾斜 ②端面弯曲 （5）光纤种类不同对耦合损耗的影响 ①芯径不同 ②折射率不同： 2）单模光纤和单模光纤直接耦合的损耗 （1）离轴和轴倾斜引起的损耗 （2）两光纤端面间的间隙引起的耦合损耗 （3）不同种类光纤引起的耦合损耗 2．2．2 光网络常用无源及有源光纤器件 属于有损耗器件：光连接器、光耦合器、光开关、光衰减器、光隔离器、光滤波器、波分复 用/解复用器等。1．熔锥型单模光纤光分/合路连接器2．磨抛型单模光纤定向耦合 3．光开关 1）机械式光开关（1）微光机电系统光开关微光机电系统MEMOS （2）金属薄膜光开关 2）电光效应光开关 4．掺杂光纤激光器与放大器（略） 5．光纤放大器（略） 2．3 光网络技术 2．3．2 成网技术 复用技术：光波分复用（OWDM ）、光时分复用技术（OTDM ）、光码分复用技术（OCDMA ）、 光频分复用技术（OFDM ）、光空分复用技术）OSDM ）、光副载波复用技术（OSCM ）。名词的英文全称。1．光纤时分复用网络 时分复用（time domain multiplexing ）——依时间顺序依次访问一系列传感器。 2．光纤频分复用网络 频域复用:调制频域复用（modulation frequency domain multiplexing, MFDM ） 波分复用（wavelength division multiplexing, WDM ） 1）调制频域复用 2）波分复用 3．光纤空分复用网络 如同打电话方式，一对电缆只供一对电话使用。长距离上用一对电缆同时供许多人通话——复用。如10芯×组×10带光缆 =5120芯，每缆可传1000Tb/s 2．4 光传感网实例——光纤光栅在传感中的应用 光纤光栅在使用中的问题： ① 波长微小位移检测（设备昂贵） ②宽光谱、高功率光源（不易获得）③光检测器波长分辩率的提高（直接关系到光纤光栅灵敏度的发挥） ④交叉敏感的消除（被测量和非被测量之间的相互影响） ⑤光纤光栅的封装（写光栅时去除了保护层，机械强度变差）⑥光纤光栅的可靠性（机械和光学特性抗拉、抗弯、反射率、透射率规定时间内无变化） ⑦光纤光栅的寿命（光栅在高温下会发生退火） 2．4．2 光纤光栅的传感网络 1．光纤光栅的波分复用 2．光纤光栅的时分复用 3．光纤光栅的时分复用和空分复用（略） 4．光纤光栅的空分复用和波分复用（略） 5．光纤光栅的空分、波分和时分复用的组合布 局 第三章 光电传感器中的光纤技 3．4 光纤的损耗 3．5 光纤的色散 （1）多模色散（群速不同） （2）波导色散（模的群速随波长变化） （3）材料色散（材料本身的色散）4）偏振（模）色散（轴不对称HE11x 模与HE11y 正交，光纤的轴不对称，两模群延迟不同。 3．6 光纤的耦合技术（略） 3．7 光纤中光波的控制技术 3．7．1 光纤偏振器 1．光纤偏振控制器 光纤中可利用光弹效应改变偏振态。光纤弯曲时，由应力作用引起折射率的变化 2 133.0? ? ? ??-=?-?=R a n n n y x δ 快轴——弯曲平面内 慢轴——垂直于弯曲平面。 当 m NR n λ πδ= 2|| （ 、、、321=m ），为 m /λ波片。例：m μλ63.0=的红 光， m a μ5.62=的光纤绕成mm R 6.20=的一个圈时，成为4/λ波片，两圈时，成为2/λ波片。 2．保偏光纤偏振器
一文深度了解光纤传感器的应用场景 文| 传感器技术（WW_CGQJS）光纤传感器与测量技术是当今传感器技术领域新的发展引应用，其测量用的光纤传感器有很多种类，有很多种工作方式。国内市场上光纤传感器应用主要在以下四种：光纤陀螺、光纤光栅传感器、光纤电流传感器和光纤水听器。下面对这四种产品分别介绍一下。光纤传感器应用种类一、光纤陀螺。 光纤陀螺按原理可分为干涉型、谐振型和布里渊型，这是三代光纤陀螺的代表。第一代干涉型光纤陀螺，目前该项技术已经成熟，适合进行批量生产和商品化；第二代谐振型光纤陀螺，暂时还处于实验室研究向实用化推进的发展阶段；第三代布里渊型，它还处于理论研究阶段。 光纤陀螺结构根据所采用的光学元件有三种实现方法：小型分立元件系统、全光纤系统和集成光学元件系统。目前分立光学元件技术已经基本退出，全光纤系统用在开环低精度、低成本的光纤陀螺中，集成光学器件陀螺由于其工艺简单、总体重复性好、成本低，所以在高精度光纤陀螺很受欢迎，是其主要实现方法。 二、光纤光栅传感器 目前国内外传感器领域的研究热点之一光纤布拉格光栅传感器。传统光纤传感器基本上可分为两种类型：光强型和干
涉型。光强型传感器的缺点在于光源不稳定，而且光纤损耗和探测器容易老化；干涉型传感器由于要求两路干涉光的光强同等，所以需要固定参考点而导致应用不方便。 目前开发的以光纤布拉格光栅为主的光纤光栅传感器可以避免出现上面两种情况，其传感信号为波长调制、复用能力强。在建筑健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等应用中，光纤光栅传感器是最理想的灵敏元件。光纤光栅传感器在地球动力学、航天器、电力工业和化学传感中有广泛的应用。三、光纤电流传感器 电力工业的迅猛发展带动电力传输系统容量不断增加，运行电压等级也越来越高，电流也越来越大，这样测量起来就非常困难，这就显现出光纤电流传感器的优点了。在电力系统中，传统的用来测量电流的传感器是以电磁感应为基础，这就存在以下缺点：它容易爆炸以至引起灾难性事故；大故障电流会造成铁芯磁饱和；铁芯发生共振效应；频率响应慢；测量精度低；信号易受干扰；体积重量大、价格昂贵等等，已经很难满足新一代数字电力网的发展需要。这个时候光纤电流传感器应运而生。 四、光纤水听器 光纤水听器主要用来测量水下声信号，它通过高灵敏度的光纤相干检测，将水声信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统进行识别。与传统水听器相比，光纤水听器具有
光纤式传感器 传感技术与计算机技术、通讯技术被称为信息产业三大支柱技术, 是组成现代信息化技术的基础。世界各大强国均将传感器技术视为国家科技发展战略中的重要组成部分, 作为国家重点发展的领域之一。光纤传感器主要有传感型和传光型两大类, 两类传感器在传感原理上均可分为光强调制、相位调制、偏振态调制及波长调制不同形式, 由此构成不同的传感器。迄今业已证实, 被光纤传感器敏感的物理量有 70多种, 与传统的传感器相比, 光纤传感器有灵敏度高、重量轻和体积小、多用途、对介质影响小、抗电磁干扰和耐腐蚀且本质安全、易于组网等特点, 使其近年来在航天航空、国防、能源电力、医疗和环保、石油化工、食品加工、土木工程等领域的应用得到了迅速发展。表 1 为光纤传感器对参数测定的原理及主要方式。 一、光纤传感器的基本原理及组成 光纤传感器由光源、敏感元件、光探测器、信号处理器系统以及光纤等组成。光纤传感器的基本原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测量参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长频率、相位偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调器解调后，获得被测参数。 1．1强度调制光纤传感器 强度调制光纤传感器的基本原理是：待测物理量引起光纤中传输光的光强变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量。待测量作用于光纤敏感元件，使通过光纤的光强发生变化。设输入光强为恒量Iin，输出光强为Iout，即待测量对光纤中的光强度产生调制。可
直接连接光探测器变成电信号（即调制的强度包括电信号）。 1.2相位调制光纤传感器 相位调制光纤传感器的基本原理是：通过被测能量场的作用，使光纤内传输的光波相位发生变化，再用干涉测量技术把相位变化转换为光强变化，从而检测出待测的物理量。所有能够影响光纤长度、折射率和内部应力的被测量都会引起相位变化，如应力应变温度和磁场等外界物理量。但是，目前的各类光探测器都不能探测敏感光的相位变化，必须采用干涉测量技术，才能实现对外界物理量的检测。与其他调制方式相比，相位调制技术由于采用干涉技术而具有很高的检测灵敏度。常用的干涉仪有四种：迈克尔逊、马赫-琴特、法布里-珀罗和萨格耐克。它们的共同点是：光源发出的光都要分成两束或更多束的光，沿不同的路径传播后，分离的光束又重新汇合，产生干涉现象。