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1、光纖光柵傳感器的應用及發(fā)展孫浩駿陜西省西安中學摘要：木文介紹了光纖光柵傳感器的優(yōu)缺點以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向并系統(tǒng)地總結(jié)了光纖光柵傳感器的在電力系統(tǒng)和橋梁建設(shè)中的應用。對光纖光柵傳感技術(shù)在電力電纜監(jiān)測、高壓開關(guān)柜隔離觸頭溫度監(jiān)測、線圈繞組溫度監(jiān)測、以及橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測幾個方面的應用做了具體的闡述和實用價值的分析。關(guān)鍵詞：光纖光柵傳感器;應用;發(fā)展;作者簡介：孫浩駿，陜西省西安中學。一、光纖光柵傳感技術(shù)的現(xiàn)狀分析(-)國內(nèi)現(xiàn)狀光纖光柵由于其自身的抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕等優(yōu)點，且能夠感知應變和溫度的變化，其光纖光柵傳感器已因此
2、可廣泛應用于大型復雜結(jié)構(gòu)的應變測量以及溫度的監(jiān)測，橋梁大壩的應力應變場的健康監(jiān)測11丄、石油管道測裂痕的健康監(jiān)測②，測量供電線彎曲程度、電力電纜絕緣溫度等空1,近幾年隨著國內(nèi)外光纖光柵解調(diào)技術(shù)的發(fā)展，該解調(diào)技術(shù)已經(jīng)不斷成熟完善并逐漸形成傳感領(lǐng)域的一個新枝。光纖光柵傳感器除了用于應力應變場的監(jiān)測外，還可以用于溫度場的健康監(jiān)測，女口。航天飛機發(fā)動機溫度及運行狀態(tài)的檢測、材料工業(yè)控溫等EL然而由于光纖光柵同時感知應變和溫度，存在應變和溫度解耦的問題，同時裸光柵對溫度和應變響應較低，因此光纖光柵的工程應用的全面推廣受到一定的局限，為了克服上
3、述問題，M.G.XU等提岀，利用在遞減光纖上的碉啾光纖光柵其帶寬只與應變有關(guān)而與溫度無關(guān)的特性來制作應變傳感器并且通過解雙矩陣方程臣1針對光纖傳感器對于應變和溫度感知存在解耦等問題，有相關(guān)的采用雙布喇格光纖光柵進行溫度、應變解耦研究，并且取得了較為精準的溫度監(jiān)測或應變變化量監(jiān)測的成果;針對裸光柵對溫度、應變感知不敏感的問題，開展了對壓力和溫度增敏的研究，得到了通過聚合物灌封光纖光柵壓力增敏、圓筒-活塞式壓力增敏和熱脹聚合物材料溫度增敏凹、正反向溫敏聚合物材料融合溫度增敏[7]的方法。(-)國外現(xiàn)狀1978年，Hill等人開展了關(guān)于光
4、纖光柵傳感器刻蝕工藝鳥1的研究，從而制成了光纖的折射率沿光柵軸向方向周期性分布的傳感器。因此被稱為是“Hill光柵”，這是光纖光柵傳感技術(shù)的首次開辟的新領(lǐng)域。然而，此項技術(shù)僅僅能夠滿足實驗階段的需求，并沒有實質(zhì)性的降低對寫入光源相干性的要求。光纖光柵傳感器在結(jié)構(gòu)上的廣泛應用最常見的是在橋梁結(jié)構(gòu)上的應用也，例如1999年，美國國家宇航局采用光纖布拉格光柵傳感器檢測用石墨和環(huán)氧樹脂復合材料制作的航天器液體燃料箱的結(jié)構(gòu)完整性。二、光纖光纖傳感技術(shù)的應用(-)在電力系統(tǒng)的應用在電力系統(tǒng)的變電區(qū)集中著大量電氣設(shè)備，近些年，對于變電站的監(jiān)測是通
5、過一個個集控中心實現(xiàn)的，但一個集控中心控制的變電站數(shù)又往往有限，因此很多變電站處于無人值守狀態(tài)，變電站中的設(shè)備長吋間高負荷工作，導致溫度上升而發(fā)生熱故障。其屮有些故障能及時被發(fā)現(xiàn)并處理，有些采用現(xiàn)有的技術(shù)無法被檢測出來，從而出現(xiàn)一系列的熱故障，女口:接線頭的熱故障、高壓套管的熱故障、電容器熱故障、隔離刀閘的熱故障等，這些都成為了電力系統(tǒng)正常運行的安全隱患。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，對于電纜溫度的監(jiān)測方法魚1多是采用對溫度敏感的元器件元來實施的。但上述傳統(tǒng)的對溫度皺感的元器件會存在精度低，電磁干擾等問題，因此對于大量的工程應用受到了一定的限制。
6、而隨著數(shù)字化電路技術(shù)的不斷攀升,在后來岀現(xiàn)的數(shù)字溫度傳感器而言，雖然在一定的程度上優(yōu)化了測量的精度，提高了傳輸?shù)乃俣?，但由于其?shù)據(jù)需要相應的數(shù)據(jù)分析器對其進行處理，同時信號失真等問題仍未得到很好的解決。隨后又又有紅外線溫度檢測系統(tǒng)，其內(nèi)容主要包括:非接觸式紅外線溫度傳感器和數(shù)據(jù)總線以及計算機。這類傳感器能夠監(jiān)測高壓大電流載體的溫度，并且能夠在強電場強磁場的環(huán)境下穩(wěn)定運行。相比于傳統(tǒng)的電類傳感器。緊接著光纖測溫出現(xiàn)了，光纖光柵傳感器由于其較高的抗電磁干擾的能力和良好的絕緣性，以及受潮濕環(huán)境影響小且其感溫頭易于與被測物體的表面直接接觸等
7、優(yōu)點，可以用于實時的在線監(jiān)測屮。(二)電力電纜溫度的監(jiān)測目前對丁電力電纜系統(tǒng)終端部位以及已丁發(fā)生彎曲故障的部位需要進行健康監(jiān)測，因此，可以通過對光纖光柵傳感器搭建其自身的測溫平臺，實現(xiàn)其對溫度的健康監(jiān)控。此外，現(xiàn)有的測量技術(shù)，為了實現(xiàn)更為便捷的人機交互平臺，將光纖光柵測得的信號通過通信的傳輸接口，實現(xiàn)光纖光柵傳感器在線的溫度實吋監(jiān)測與實時傳輸。(三)在橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測中的應用橋梁結(jié)構(gòu)自身在長期使用的過程中，其橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況會產(chǎn)生不同程度的損傷，比如外載承重力的過大，長期的疲勞狀態(tài)及材料自身使用性能的變化，都會導致上述損傷的產(chǎn)生。
8、而橋梁結(jié)構(gòu)一旦有裂紋產(chǎn)生，將導致非常嚴重的后果,因此，為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能等需求，需要對橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)進行實時的監(jiān)測和評估。而光纖光柵傳感器由于其自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，作為一種新型的傳感器，能夠敏感的感知外界應變或者溫度的微弱變化
