一種光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報(bào)警系統(tǒng)

(1)抗干擾能力更強(qiáng)，有很高的可靠性和穩(wěn)定性

　　FBG傳感器是以光的波長(zhǎng)為最小計(jì)量單位的，只需要探測(cè)到光纖中光柵波長(zhǎng)的移動(dòng)，而與光強(qiáng)無關(guān)，對(duì)光強(qiáng)的波動(dòng)不敏感，因而比一般的光纖傳感器具有更高的抗干擾能力。FBG傳感器是用波長(zhǎng)編碼的傳感器，光源強(qiáng)度的起伏、光纖微彎效應(yīng)引起的隨機(jī)起伏、耦合損耗等都不可能影響傳感信號(hào)的波長(zhǎng)特性，因而該傳感系統(tǒng)具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。

　　(2)測(cè)量靈敏度高、分辨率高、精度高，具有良好的重復(fù)性

　　光纖布喇格光柵(FBG)傳感器，明顯優(yōu)于普通光纖傳感器的地方是它的傳感信號(hào)為波長(zhǎng)調(diào)制，因而其測(cè)量信號(hào)不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和測(cè)量?jī)x器老化等因素影響，所以測(cè)量結(jié)果具有良好的重復(fù)性。并且，由于它是以光的波長(zhǎng)為最小計(jì)量單位的，而目前對(duì)FBG波長(zhǎng)移動(dòng)的探測(cè)達(dá)到了pm量級(jí)的高分辨率，因而具有比傳統(tǒng)光纖傳感器的測(cè)量靈敏度高、精度高的特點(diǎn)。

　　(3)動(dòng)態(tài)范圍大、線性好，能自定標(biāo)，可用于對(duì)外界參量的絕對(duì)測(cè)量

　　光纖Bragg光柵傳感器，由于拉、壓應(yīng)力都能對(duì)其產(chǎn)生Bragg波長(zhǎng)的變化，因此該傳感器在結(jié)構(gòu)檢測(cè)中具有優(yōu)異的變形匹配特性，其動(dòng)態(tài)范圍大（達(dá)10000×10-6ε）和線性度好。

　　并且，光纖Bragg光柵傳感器避免了一般干涉型傳感器中相位測(cè)量的不清晰和對(duì)固定參考點(diǎn)的需要，在對(duì)光纖Bragg光柵進(jìn)行自標(biāo)定后，能實(shí)現(xiàn)對(duì)外界參量變化的長(zhǎng)期絕對(duì)測(cè)量。

　　(4)能在同一根光纖內(nèi)集成多個(gè)傳感器復(fù)用，便于構(gòu)成各種形式的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)

　　光纖Bragg光柵傳感非常適于作成多路復(fù)用式和分布式的光纖傳感器，因?yàn)樗幸子谠谕桓饫w內(nèi)集成多個(gè)傳感器復(fù)用的特點(diǎn)。圖3所示即為光纖光柵傳感器在一根光纖內(nèi)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量的示例。如美國(guó)的MICRON-OPTICS公司所研制的FBG應(yīng)用系統(tǒng)Si425，可同時(shí)測(cè)量多達(dá)4路512個(gè)FBG傳感器，掃描范圍50nm、分辨率1pm、測(cè)量頻率可達(dá)244Hz。

圖3、利用單根光纖實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的分布式測(cè)量

　　FBG型分布式傳感系統(tǒng)在應(yīng)力多點(diǎn)分布式測(cè)量中有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，可同時(shí)完成溫度和應(yīng)力的雙參量測(cè)量，為FBG應(yīng)用開辟了更為廣闊的前景。圖4介紹了采用WDM/TDM解調(diào)的FBG陣列的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。顯然，這種光纖光柵傳感器，便于構(gòu)成各種形式的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)。

圖4、采用WDM/TDM的FBG陣列的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　(5)便于遠(yuǎn)距離(達(dá)5km以上)監(jiān)測(cè)橋梁等建筑物，能預(yù)/報(bào)警而使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化

　　在光纖光柵應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)中，光纖光柵傳感器獲取的穩(wěn)定、高精度的應(yīng)變信號(hào)，通過光纜遠(yuǎn)程傳輸送入調(diào)制調(diào)解器，然后直接輸入計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)。這樣，可利用橋梁等建筑物結(jié)構(gòu)狀況評(píng)估的專家系統(tǒng)，對(duì)橋梁等結(jié)構(gòu)作出安全（正常）和不安全就預(yù)/報(bào)警的評(píng)價(jià)，而使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化。同時(shí)，還能將評(píng)估報(bào)告或橋梁等的健康狀況信息通過互聯(lián)網(wǎng)及時(shí)傳輸至橋梁等管理部門，從而可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在線健康監(jiān)測(cè)的信息化管理。并且，橋梁等現(xiàn)場(chǎng)到解調(diào)儀之間僅需一根光纜連接，其距離可達(dá)5km以上，能實(shí)現(xiàn)橋梁的分布測(cè)量和集中監(jiān)測(cè)處理。

　　(6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)，便于維護(hù)保養(yǎng)、便于擴(kuò)展與安裝

　　傳感探頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，因其外徑和光纖本身等同，也便于擴(kuò)展與安裝，并適合各種應(yīng)用場(chǎng)合。并且，傳感系統(tǒng)自身運(yùn)行可靠、傳感元件壽命長(zhǎng)，其解調(diào)器及后續(xù)的處理設(shè)備可置于集中監(jiān)控室，避免了儀器在現(xiàn)場(chǎng)難于保護(hù)的缺點(diǎn)，便于保養(yǎng)和維修，從而提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和易維護(hù)性。

　　(7)光柵的寫入工藝已較成熟，便于形成規(guī)模生產(chǎn)

　　目前，光纖Bragg光柵通過紫外寫入的方法已較成熟，這種紫外寫入使外界入射光子和纖芯內(nèi)的摻雜粒子相互作用，導(dǎo)致纖芯折射率沿纖軸方向周期性或非周期性的永久性變化，從而較容易在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，因而也便于形成規(guī)模生產(chǎn)。

　　(8)便于作成智能傳感器，應(yīng)用非常廣泛

　　光纖光柵傳感器可拓展的應(yīng)用領(lǐng)域有許多，如將分布式光纖光柵傳感器嵌入材料中形成智能材料，而便于作成智能傳感器。智能材料是指將敏感元件嵌入被測(cè)構(gòu)件機(jī)體和材料中，從而在構(gòu)件或材料常規(guī)工作的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)其安全運(yùn)轉(zhuǎn)、故障等的實(shí)時(shí)監(jiān)控。其中，光纖和電導(dǎo)線與多種材料的有效結(jié)合是關(guān)鍵問題之一，尤其是實(shí)現(xiàn)與紡織材料的自動(dòng)化編織。圖5展示了一件嵌入光纖和電導(dǎo)線的背心。其中光纖和電導(dǎo)線的嵌入均已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，為智能型服裝的商業(yè)化解決了又一難題。

　　光纖Bragg光柵傳感器，可對(duì)大型構(gòu)件的載荷、應(yīng)力、溫度和振動(dòng)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)；光柵也可以代替其它類型結(jié)構(gòu)的光纖傳感器，用于化學(xué)、壓力和加速度傳感中。

　　當(dāng)前，光纖光柵傳感器被普遍認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)“光纖靈巧結(jié)構(gòu)”、“光纖機(jī)敏材料”的理想器件。它在航空航天器、石油化學(xué)工業(yè)設(shè)備、電力設(shè)備、船舶結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、醫(yī)療器具、核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)等都有廣泛的應(yīng)用。

圖5、智能背心