本文主要讨论用于应变和温度测试的光纤传感技术,当然光纤传感技术还有DAS,以及水听器,光纤陀螺等,我们暂不做讨论。
光纤传感技术有哪些?
用于应变和温度测试的光纤传感技术按照测量单元数量可以分为(多)点式传感技术和分布式传感技术。
点式传感技术:主要是基于光纤光栅传感器的解调技术,有点类似于应变片。一个光栅等效于一个应变片,受光源带宽限制,光纤光栅解调仪能够连接传感器数量有限,通常为几十至几百只传感器。当然光纤光栅相对于应变片有较多优势,例如尺寸小,重量轻,易于安装,线缆少,精度高。
分布式光纤传感技术:通常以普通单模光纤为传感器,将光纤分为数量庞大的连续分布的测量点,能够获得光纤沿线连续的应变和温度数据,对结构健康监测,结构疲劳加载测试有非常重要的意义。目前市面上用于应变和温度测试的分布式光纤传感技术主要有两种:1. OFDR技术。2.BODTR/BOTDA技术。两种技术各有特点,有不同的倾向领域,也有一定的交叉。总而言之,OFDR技术空间分辨率非常高,可达1mm以下,采样率高达200Hz以上,测试距离短(100m以内),适合短距离高精度准动态测试,特别是教学和科研应用。BODTR/BOTDA技术传感距离较长,可达50~100KM,空间分辨率通常在m量级(更高可达0.1m),采样时间通常在5min~30min(由长度和空间分辨率决定),进行分布式静态测试,因此更适合长距离的工程应用。

光纤光栅传感技术相对比较成熟,而分布式光纤传感技术是相对比较新的技术。特别是OFDR技术有很多优势,以及应用前景,OFDR比较前沿的研究方向是2D、3D形状传感,通过获取多路应变数据,得到光纤的曲率变化,实现3D形状传感,在医疗领域有非常大的预期。

光纤光栅(FBG)传感器是目前光纤传感市场上比较多应用的技术,它非常适合各类点式测量。然而,针对结构健康监测,当前在的破坏或劣化位置未知的情况下,预先安装FBG或其他点式传感器就显得相当困难。FBG适合与那些已知薄弱点的点式测量。而分布式传感技术则是更大距离范围下事件点未知情况下的监测应用。
技术类型 | FBG解调仪 | OFDR | BOTDR/BOTDA |
传感距离 | 20~50km | <100m | 50~100km |
空间分辨率 | >10mm | <1mm | 0.1m~2m |
采样率 | 100~1MHz | <250Hz | 5min~30min |
传感点数量 | 40个/通道 | 1000个/m | 1个/m |
特点 | 信号稳定,信噪比高,适合动态测试。 | 空间分辨率高,数据量大,能够测试应变场,对结构进行完整全面表征。适合科研和教学等实验室环境。 | 测试距离长,适合工程应用,静态测试。 |