光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調制器,使待測參數與進(jìn)入調制區的光相互作用后,導致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強度、波長(cháng)、頻率、相位、偏振態(tài)等)發(fā)生變化,稱(chēng)為被調制的信號光,再過(guò)利用被測量對光的傳輸特性施加的影響,完成測量.
特點(diǎn)
一。靈敏度較高;
二。幾何形狀具有多方面的適應性,可以制成任意形狀的光纖傳感器;
三。可以制造傳感各種不同物理信息(聲、磁、溫度、旋轉等)的器件;
四。可以用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕、或其它的惡劣環(huán)境;
五。而且具有與光纖遙測技術(shù)的內在相容性。
城市建設中橋梁、大壩、油田等的干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器的應用。光纖傳感器可預埋在混凝土、碳纖維增強塑料及各種復合材料中,用于測試應力松弛、施工應力和動(dòng)荷載應力,從而評估橋梁短期施工階段和長(cháng)期營(yíng)運狀態(tài)的結構性能。
功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件, 被測量對光纖內傳輸的光進(jìn)行調制, 使傳輸的光的強度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化, 再通過(guò)對被調制過(guò)的信號進(jìn)行解調, 從而得出被測信號。
光纖傳感器是近幾年出現的新技術(shù),可以用來(lái)測量多種物理量,比如聲場(chǎng)、電場(chǎng)、壓力、溫度、角速度、加速度等,還可以完成現有測量技術(shù)難以完成的測量任務(wù)。在狹小的空間里,在強電磁干擾和高電壓的環(huán)境里,光纖傳感器都顯示出了特的能力。光纖傳感器有70多種,大致上分成光纖自身傳感器和利用光纖的傳感器。
光纖布拉格光柵傳感器(FBS)是一種使用頻率高,范圍廣的光纖傳感器,這種傳感器能根據環(huán)境溫度以及/或者應變的變化來(lái)改變其反射的光波的波長(cháng)。光纖布拉格光柵是通過(guò)全息干涉法或者相位掩膜法來(lái)將一小段光敏感的光纖暴露在一個(gè)光強周期分布的光波下面。這樣光纖的光折射率就會(huì )根據其被照射的光波強度而改變。這種方法造成的光折射率的周期性變化就叫做光纖布拉格光柵。
傳感型光纖傳感器的光纖不僅起傳遞光作用,同時(shí)又是光電敏感元件。由于外界環(huán)境對光纖自身的影響,待測量的物理量通過(guò)光纖作用于傳感器上,使光波導的屬性(光強、相位、偏振態(tài)、波長(cháng)等)被調制。傳感器型光纖傳感器又分為光強調制型、相位調制型、振態(tài)調制型和波長(cháng)調制型等。
隨著(zhù)光纖傳感器技術(shù)的發(fā)展,在土木工程領(lǐng)域光纖傳感器得到了廣泛的應用,用來(lái)測量混凝土結構變形及內部應力,檢測大型結構、橋梁健康狀況等,其中主要的都是將光纖傳感器作為一種新型的應變傳感器使用。
光纖傳感器可以黏貼在結構物表面用于測量,同時(shí)也可以通過(guò)預埋實(shí)現結構物內部物理量的測量。利用預先埋入的光纖傳感器,可以對混凝土結構內部損傷過(guò)程中內部應變的測量,再根據荷載-應變關(guān)系曲線(xiàn)斜率,可確定結構內部損傷的形成和擴展方式。通過(guò)混凝土實(shí)驗表明,光纖測試的載荷-應變曲線(xiàn)比應變片測試的線(xiàn)性度高。