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发布时间:2019-12-19

       

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可以测量的物理量已达70多种。精度高,响应速度快,线性特征范围宽,使用的重复性好,检测信号的信噪比高,由于现在光纤的量产化,价格低廉,可以广泛使用。光纤是由电介质材料石英制成,传输的是光信号,因此安全性、可靠性好,抗电磁干扰能力强,能适应在电力、石油、化工、冶金等易燃易爆或有毒的环境条件下工作。抗腐蚀,抗污染能力强,可用于温差较大的地方,时间时间老化特性优良,工作寿命长。体积小,重量轻,容易安装,对被测对象环境适应能力强。光纤是无源器件,自身独立性好,不会破坏被测量的状态。测量对象广泛。目前已有性能不同的多种测量温度、压力、位移、速度、液面、核辐射等各种物理量、化学量、生物量等的光纤传感器。
拉丝法有管律法(Rodintube)和双坩锅法等。石英光纤(SilicaFiber)是以二氧化硅(SiO2)为主要原料,并按不同的掺杂量,来控制纤芯和包层的折射率分布的光纤。石英(玻璃)系列光纤,具有低耗、宽带的特点,现在已广泛应用于有线电视和通信系统。石英玻璃光导纤维的优点是损耗低,当光波长为1.0~1.7μm(约1.4μm附近),损耗只有1dB/km,在1.55μm处*低,只有0.2dB/km。掺氟光纤(FluorineDopedFiber)为石英光纤的典型产品。通常,作为1.3μm波域的通信用光纤中,控制纤芯的掺杂物为二氧化锗(GeO2),包层是用SiO2作成的。但接氟光纤的纤芯,大多使用SiO2。
利用光的衍射现象的高速频谱分析便可解决。(4)信息容量大。被测信号以光波为载体,而光的频率极高,所容纳的频带很宽,同一根光纤可以传输多路信号。(5)适用于恶劣环境。光纤是一种电介质,耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰,可用于其它传感器所不适应的恶劣环境中。此外,光纤传感器还具有质量轻、体积小、可绕曲、测量对象广泛、复用性好、成本低等特点。光纤传感器的应用正是由于光纤传感器拥有如此之多的优点,使得其应用领域非常广泛,涉及石油化工、电力、医学、土木工程等诸多领域。光纤传感器在石油化工系统的应用在石油化工系统中,由于井下环境具有高温、高压、化学腐蚀以及电磁干扰强等特点,使得常规传感器难以在井下很好地发挥作用。

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零色散波长恰好在1.3pm处。石英光纤中,从原材料上看1.55pm段的传输损耗*小(约0.2dB/km)。由于现在已经实用的掺铒光纤放大器(EDFA)是工作在1.55pm波段的,如果在此波段也能实现零色散,就更有利于应用1.55Pm波段的长距离传输。于是,巧妙地利用光纤材料中的石英材料色散与纤芯结构色散的合成抵消特性,就可使原在1.3Pm段的零色散,移位到1.55pm段也构成零色散。因此,被命名为色散位移光纤(DSF:DispersionShiftedFiber)。加大结构色散的方法,主要是在纤芯的折射率分布性能进行改善。在光通信的长距离传输中,光纤色散为零是重要的,但不是的。其它性能还有损耗小、接续容易、成缆化或工作中的特性变化小(包括弯曲、拉伸和环境变化影响)。
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。光纤布拉格光栅FBG于1978年问世,这种简单的固有传感元件,可利用硅光纤的紫外光敏性写入光纤芯内,下图为光纤光栅的基本原理。常见的FBG传感器通过测量布拉格波长的漂移实现对被测量的检测,当宽谱光源入射到光纤中,光栅将反射其中以布拉格波长为中心波长的窄谱分量。光纤光栅除了具备光纤传感器的全部优点之外,还拥有自定标和易于在同一根光纤内集成多个传感器复用的特点。光栅传感器可拓展的应用领域有许多,如将分布式光纤光栅传感器嵌入材料中形成智能材料,可对大型构件的载荷、应力、温度和振动等参数进行实时安全监测;
另一个是荧光和气体探测器。井下流体通过地层探针被引入出油管,光学传感器用于分析出油管内的流体。流体分析分光计则提供了原位井下流体分析,并对地层流体的评估加以改进。(2)分布式温度传感器光纤分布式温度传感器是井下应用*为流行的光纤传感器。应用实例是监测注水蒸气重油开采系统。蒸汽被注入重油层用以降低油的黏度,使稠油能够开采出来。井下蒸汽温度可高达250℃以上。(3)压力传感器侧孔光纤式压力传感器目前正在研发中,其主要致力于高温和井下压力监测任务。目前基于光纤传感器已经出现其他商业产品,例如,用于多相流测量和分布式动态应变测量的光纤探针。其高可靠性和高效低耗的技术优势是光纤产品在油田应用上取得*的关键因素。

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另一为测量光路。外界参数(温度、压力、振动等)引起光纤长度的变化和相位的光相位变化,从而产生不同数量的干涉条纹,对它的模向移动进行计数,就可测量温度或压等。(2)结构型光纤传感器原理,结构型光纤传感器是由光检测元件(敏感元件)与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质,所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。灵敏度较高;几何形状具有多方面的适应性,可以制成任意形状的光纤传感器;可以制造传感各种不同物理信息(声、磁、温度、旋转等)的器件;可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境;而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。光纤传感器的优点是与传统的各类传感器相比,光纤传感器用光作为敏感信息的载体。
目前研制出的SRA尚未商用化。OFA的研制始于80年代,并在90年代初取得重大突破。在现代光通信系统设计中,如何有效地提高光信号传输距离,减少中继站数目,降低系统成本,一直是人们不断探索的目标。OFA是解决这一问题的关键器件,它的研制和改进在全球范围内仍方兴未艾。随着密集波分复用(DWDM)技术、光纤放大技术,包括掺铒光纤放大器(EDFA)、分布喇曼光纤放大器(DRFA)、半导体放大器(SOA)和光时分复用(OTDM)技术的发展和广泛应用,光纤通信技术不断向着更高速率、更大容量的通信系统发展,而*的光纤制造技术既能保持稳定、可靠的传输以及足够的富余度,又能满足光通信对大宽带的需求,并减少非线性损伤。
其工作原理见图6。三种类型的传感系统的应用都已见诸于报道。其中尤以拉曼型分布式传感系统*为成熟,已*地装载于A340运输机上。FBG型分布式传感系统在应力多点分布式测量中有独到的优点,并可同时完成温度和应力的双参量测量,为FBG应用开辟了更为广阔的前景。光纤传感器的应用开发根据当前的应用热点领域和技术类型可大致分为四个大的方向:光(纤)层析成像分析技术OCT、光纤智能材料(SMARTMATERIAL)、光纤陀螺与惯导系统、以及常规工业工程传感器。光纤层析成像分析技术根据不同的原理和应用场合,可将光纤层析技术分为光相干层析成像分析(OCT)和光过程层析成像分析技术(OPT)。光层析成像技术源于X射线层析成像分析(CT)。
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