一種光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報警系統(tǒng)

(1)抗干擾能力更強，有很高的可靠性和穩(wěn)定性

　　FBG傳感器是以光的波長為最小計量單位的，只需要探測到光纖中光柵波長的移動，而與光強無關(guān)，對光強的波動不敏感，因而比一般的光纖傳感器具有更高的抗干擾能力。FBG傳感器是用波長編碼的傳感器，光源強度的起伏、光纖微彎效應(yīng)引起的隨機起伏、耦合損耗等都不可能影響傳感信號的波長特性，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為波長調(diào)制，因而其測量信號不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和測量儀器老化等因素影響，所以測量結(jié)果具有良好的重復(fù)性。并且，由于它是以光的波長為最小計量單位的，而目前對FBG波長移動的探測達到了pm量級的高分辨率，因而具有比傳統(tǒng)光纖傳感器的測量靈敏度高、精度高的特點。

　　(3)動態(tài)范圍大、線性好，能自定標(biāo)，可用于對外界參量的絕對測量

　　光纖Bragg光柵傳感器，由于拉、壓應(yīng)力都能對其產(chǎn)生Bragg波長的變化，因此該傳感器在結(jié)構(gòu)檢測中具有優(yōu)異的變形匹配特性，其動態(tài)范圍大（達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量的不清晰和對固定參考點的需要，在對光纖Bragg光柵進行自標(biāo)定后，能實現(xiàn)對外界參量變化的長期絕對測量。

　　(4)能在同一根光纖內(nèi)集成多個傳感器復(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，因為它有易于在同一根光纖內(nèi)集成多個傳感器復(fù)用的特點。圖3所示即為光纖光柵傳感器在一根光纖內(nèi)實現(xiàn)多點測量的示例。如美國的MICRON-OPTICS公司所研制的FBG應(yīng)用系統(tǒng)Si425，可同時測量多達4路512個FBG傳感器，掃描范圍50nm、分辨率1pm、測量頻率可達244Hz。

圖3、利用單根光纖實現(xiàn)多點的分布式測量

　　FBG型分布式傳感系統(tǒng)在應(yīng)力多點分布式測量中有獨到的優(yōu)點，可同時完成溫度和應(yīng)力的雙參量測量，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陣列的拓撲結(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陣列的拓撲結(jié)構(gòu)

　　(5)便于遠距離(達5km以上)監(jiān)測橋梁等建筑物，能預(yù)/報警而使系統(tǒng)實現(xiàn)智能化

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

　　(6)結(jié)構(gòu)簡單、壽命長，便于維護保養(yǎng)、便于擴展與安裝

　　傳感探頭結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小，因其外徑和光纖本身等同，也便于擴展與安裝，并適合各種應(yīng)用場合。并且，傳感系統(tǒng)自身運行可靠、傳感元件壽命長，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)場難于保護的缺點，便于保養(yǎng)和維修，從而提高了監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和易維護性。

　　(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構(gòu)件機體和材料中，從而在構(gòu)件或材料常規(guī)工作的同時實現(xiàn)對其安全運轉(zhuǎn)、故障等的實時監(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，尤其是實現(xiàn)與紡織材料的自動化編織。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)線的嵌入均已實現(xiàn)了自動化，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，可對大型構(gòu)件的載荷、應(yīng)力、溫度和振動等參數(shù)進行實時安全監(jiān)測；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為是實現(xiàn)“光纖靈巧結(jié)構(gòu)”、“光纖機敏材料”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