一文深度了解光纖傳感器的應用場(chǎng)景

光纖傳感器與測量技術(shù)是當今傳感器技術(shù)領(lǐng)域新的發(fā)展引應用，其測量用的光纖傳感器有很多種類(lèi)，有很多種工作方式。國內市場(chǎng)上光纖傳感器應用主要在以下四種：光纖陀螺、光纖光柵傳感器、光纖電流傳感器和光纖水聽(tīng)器。下面對這四種產(chǎn)品分別介紹一下。

光纖傳感器應用種類(lèi)

一、光纖陀螺。

光纖陀螺按原理可分為干涉型、諧振型和布里淵型，這是三代光纖陀螺的代表。第一代干涉型光纖陀螺，目前該項技術(shù)已經(jīng)成熟，適合進(jìn)行批量生產(chǎn)和商品化；第二代諧振型光纖陀螺，暫時(shí)還處于實(shí)驗室研究向實(shí)用化推進(jìn)的發(fā)展階段；第三代布里淵型，它還處于理論研究階段。

光纖陀螺結構根據所采用的光學(xué)元件有三種實(shí)現方法：小型分立元件系統、全光纖系統和集成光學(xué)元件系統。目前分立光學(xué)元件技術(shù)已經(jīng)基本退出，全光纖系統用在開(kāi)環(huán)低精度、低成本的光纖陀螺中，集成光學(xué)器件陀螺由于其工藝簡(jiǎn)單、總體重復性好、成本低，所以在高精度光纖陀螺很受歡迎，是其主要實(shí)現方法。

二、光纖光柵傳感器

目前國內外傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一光纖布拉格光柵傳感器。傳統光纖傳感器基本上可分為兩種類(lèi)型：光強型和干涉型。光強型傳感器的缺點(diǎn)在于光源不穩定，而且光纖損耗和探測器容易老化；干涉型傳感器由于要求兩路干涉光的光強同等，所以需要固定參考點(diǎn)而導致應用不方便。

目前開(kāi)發(fā)的以光纖布拉格光柵為主的光纖光柵傳感器可以避免出現上面兩種情況，其傳感信號為波長(cháng)調制、復用能力強。在建筑健康檢測、沖擊檢測、形狀控制和振動(dòng)阻尼檢測等應用中，光纖光柵傳感器是最理想的靈敏元件。光纖光柵傳感器在地球動(dòng)力學(xué)、航天器、電力工業(yè)和化學(xué)傳感中有廣泛的應用。

三、光纖電流傳感器

電力工業(yè)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)電力傳輸系統容量不斷增加，運行電壓等級也越來(lái)越高，電流也越來(lái)越大，這樣測量起來(lái)就非常困難，這就顯現出光纖電流傳感器的優(yōu)點(diǎn)了。在電力系統中，傳統的用來(lái)測量電流的傳感器是以電磁感應為基礎，這就存在以下缺點(diǎn)：它容易爆炸以至引起災難性事故；大故障電流會(huì )造成鐵芯磁飽和；鐵芯發(fā)生共振效應；頻率響應慢；測量精度低；信號易受干擾；體積重量大、價(jià)格昂貴等等，已經(jīng)很難滿(mǎn)足新一代數字電力網(wǎng)的發(fā)展需要。這個(gè)時(shí)候光纖電流傳感器應運而生。

四、光纖水聽(tīng)器

光纖水聽(tīng)器主要用來(lái)測量水下聲信號，它通過(guò)高靈敏度的光纖相干檢測，將水聲信號轉換為光信號，并通過(guò)光纖傳至信號處理系統進(jìn)行識別。與傳統水聽(tīng)器相比，光纖水聽(tīng)器具有靈敏度高、響應帶寬寬、不受電磁干擾等特點(diǎn)，廣泛用于軍事和石油勘探、環(huán)境檢測等領(lǐng)域，具有很大的發(fā)展潛力。光纖水聽(tīng)器按原理可分為干涉型、強度型、光柵型等。干涉型光纖水聽(tīng)器關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成熟，在部分領(lǐng)域形成產(chǎn)品；光纖光柵水聽(tīng)器則是當前研究的熱點(diǎn)，研究的關(guān)鍵技術(shù)涉及光源、光纖器件、探頭技術(shù)、抗偏振衰落技術(shù)、抗相位衰落技術(shù)、信號處理技術(shù)、多路復用技術(shù)以及工程技術(shù)等。

結合這幾種應用型的光纖傳感器種類(lèi)，我們來(lái)看看在實(shí)際應用場(chǎng)景中的光纖傳感器

光纖傳感器在周界安防領(lǐng)域的應用

在眾多周界安防監控技術(shù)中，光纖傳感技術(shù)脫穎而出， 幾乎可以實(shí)現傳統傳感器所有的功能， 可以對位移、震動(dòng)、壓力、溫度、速度、流量等各種物理量進(jìn)行檢測，具有靈敏度高、無(wú)電磁輻射、動(dòng)態(tài)范圍大、適應范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是安防技術(shù)發(fā)展的主流方向。

在光纖傳感安防應用領(lǐng)域， 研制出了各種類(lèi)型和各種功能的光纖探測器，成功地運用于各國政府、軍隊、銀行、機場(chǎng)、港口、石油公司、核電站等，涉及的領(lǐng)域包括：周界、管線(xiàn)、通信、市政、監獄安全監控等。

光纖傳感器在安防領(lǐng)域的應用主要在如下三個(gè)方面：

周界安全監控系統

軍事基地、核電站、邊境線(xiàn)等重要設施通常都地處環(huán)境惡劣的地域，氣候條件復雜，同時(shí)這些設施的周界安全等級比較高，而這些地方的基礎設施也比較差，甚至沒(méi)有野外供電的條件，這對周界安防系統提出了更高的要求。光纖周界安全監控系統有一款室外無(wú)源監控系統，可以將監控主機架設在監控室，通過(guò)引導光纜將傳感光纜受到的震動(dòng)信息傳遞到監控中心，所有室外設備均為無(wú)源器件，無(wú)需野外供電，可以提供有效的周界安全監控。

管道安全監控系統

管道安全監控是一項艱巨而復雜的任務(wù)，管線(xiàn)因施工不當被破壞，造成重大污染和經(jīng)濟損失。常規的檢測方法是派人員沿管線(xiàn)巡查，也有采用一些傳統的監測手段，但實(shí)踐證明效果有限。光纖管道安全監控系統可以有效地解決上述問(wèn)題，將傳感光纜沿管線(xiàn)埋設，通過(guò)光纖感受管線(xiàn)周?chē)恼饎?dòng)，并將此信息傳輸給監控主機進(jìn)行分析、判斷，排除一般性干擾，最終產(chǎn)生報警，告知值班人員管線(xiàn)出現事故的區域。該系統特別適用于化工廠(chǎng)和大型油庫中的石油管線(xiàn)安全監控，以及大型社區市政設施中的天然氣管線(xiàn)、電力管線(xiàn)和飲水管線(xiàn)等的安全監控。

骨干光纜安全監控系統

骨干光纜是現代通信的基礎和重要通道，光纜運營(yíng)安全和信息內容安全關(guān)系著(zhù)國民經(jīng)濟和國家安全，因此骨干光纜的安全監測就顯的十分重要。傳感的光時(shí)域反射儀(OTDR)雖然可以對光纖進(jìn)行檢測，但它也有局限性，存在盲區，不能進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，特別是通過(guò)高科技手段不用折斷光纖就可以神不知鬼不覺(jué)地盜竊光纖中傳輸的信息，而傳統的監測手段是無(wú)法發(fā)現的。光纖骨干光纜安全監控系統通過(guò)接入光纜豎井中的光纖，對整個(gè)光纜進(jìn)行監控。當有不法分子企圖盜竊光纜內部的信息而觸碰光纜時(shí)，系統立即產(chǎn)生報警，可以有效地保證骨干光纜的信息安全。該系統特別適用于政府大樓、軍事機關(guān)、銀行，以及機要和通信部門(mén)對骨干光纜安全進(jìn)行監控。

周界安防監控系統工作原理是基于多模光纖模式干涉探測技術(shù)，其基本檢測原理如下：

光在多模光纖中產(chǎn)生一個(gè)隨機強度的光譜，形成光斑。如果光纖沒(méi)有受到外界擾動(dòng)，則該光譜相對是不變的。當光纖受到外界擾動(dòng)時(shí)，如：移動(dòng)、振動(dòng)或受到壓力時(shí)，這些光譜發(fā)生相應的改變，光纖檢測器可以檢測到光譜發(fā)生了變化，并可確定外界發(fā)生了什么事件。

各種場(chǎng)合和領(lǐng)域的周界安防產(chǎn)品，既有防區式光纖傳感器，也有分布式定位光纖傳感器，形成適合于短、中、長(cháng)三種周界系列監控系統。與其它類(lèi)型的安防產(chǎn)品配合使用，如：紅外探測器、激光掃描器、紅外冪簾等，采取由外到內的多層防護手段，可以為用戶(hù)提供全面安全、可靠的安全防護體系。

光纖傳感器在石油行業(yè)中的應用

在油田的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人們需要知道在產(chǎn)液或注水過(guò)程中有關(guān)井內流體的持性與狀態(tài)的詳細資料，這就要用到石油測井，其可靠性和準確性是至關(guān)重要的。光纖傳感器可以克服在井下惡劣的環(huán)境諸如高溫、高壓、腐蝕、地磁地電干擾下工作?？梢愿呔鹊販y量井筒和井場(chǎng)環(huán)境參數，同時(shí)，光纖傳感器具有分布式測量能力，可以測量被測量的空間分布，給出剖面信息。而且，光纖傳感器橫截面積小，外形短，在井筒中占據空間極小。

以下分別對油田作業(yè)中，光纖傳感器能實(shí)現的檢測任務(wù)做介紹：

1、儲層參數監測

1）壓力監測

由于開(kāi)發(fā)方案的需要，對油藏壓力的管理需要特別謹慎，這樣做的目的是減少因在低于泡點(diǎn)壓力的狀態(tài)下開(kāi)采所造成的原油損失，減少在注氣過(guò)程中因油藏超壓將原油擠入含水層所造成的原油損失。

傳統的井下壓力監測采用的傳感器主要有應變壓力計和石英晶體壓力計，應變式壓力計受溫度影響和滯后影響，而石英壓力計會(huì )受到溫度和壓力急劇變化的影響。在壓力監測時(shí)，這些傳感器還涉及安裝困難、長(cháng)期穩定性差等問(wèn)題。

井下光纖傳感器沒(méi)有井下電子線(xiàn)路、易于安裝、體積小、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，而這些正是井下監測所必需的。用布拉格光纖光柵傳感器實(shí)行井下監測，對溫度不敏感，最高工作溫度為300℃，最高測量壓力82MPa，在最高測量壓力下，對溫度的靈敏度極小，可以適用于井下的壓力監測。

2）溫度監測

分布式光纖溫度傳感器具有通過(guò)沿整個(gè)完井長(cháng)度連續性采集溫度資料來(lái)提供一條監測生產(chǎn)和油層的新途徑的潛力。因為井的溫度剖面的變化可以與其它地面采集的資料（流量、含水、井口壓力等）以及裸眼測井曲線(xiàn)對比，從而為操作者提供有關(guān)出現在井下的變化的定性和定量信息。

傳統的測溫工具只能在任何給定時(shí)間內測量某個(gè)點(diǎn)的溫度，要測試全范圍的溫度，點(diǎn)式傳感器只能在井中來(lái)回移動(dòng)才能實(shí)現，不可避免地對井內環(huán)境平衡造成影響。

光纖分布式溫度傳感器的優(yōu)勢在于光纖無(wú)須在檢測區域內來(lái)回移動(dòng)，能保證井內的溫度平衡狀態(tài)不受影響。而且由于光纖被置于毛細鋼管內，因此凡毛細鋼管能通達的地方都可進(jìn)行光纖分布式溫度傳感器測試。

最廣泛地應用于井下監測應用的光纖傳感器之一就是拉曼反向散射分布式溫度探測器，這種方法已經(jīng)在測量井筒溫度剖面（特別是在蒸汽驅井）中，得到了廣泛的應用。

目前的光纖溫度、壓力傳感器的最主要的缺點(diǎn)之一就是溫度壓力交叉敏感特性，如何消除或者利用這種交叉敏感特性是研究的熱點(diǎn)。

3）多相流監測

為了做好油藏監控和油田管理，最關(guān)鍵的環(huán)節是獲得生產(chǎn)井和注水井穩定可信的總流量剖面和各相流體的持率。然而，大多數油井分層開(kāi)采，每層含水量不同，而且有時(shí)流速較大，給利用常規生產(chǎn)測井設備測量和分析油井的生產(chǎn)狀況帶來(lái)了巨大的困難。

光纖測量多相流有兩種方法，第一種是持氣率光纖傳感儀，該儀器能直接測量多相流中持氣率。其四個(gè)光纖探頭均勻地分布在井筒的橫剖面中，其空間取向方位可用一個(gè)集成化的相對方位傳感器準確測量，在氣液混合物中，通過(guò)探頭反射的光信號來(lái)確定持氣率和泡沫數量（這二者與氣體流量相關(guān)聯(lián)）。

此外，利用每個(gè)探頭的測量值來(lái)建立一種井中氣體流動(dòng)的圖像，可以更好地了解多相流流型以及解釋在傾斜條件下這些流型固有的相分離。它提供的資料能直接測定和量化多相混合物中氣體和液體，能準確診斷井眼問(wèn)題，并有助于生產(chǎn)調整。儀器通過(guò)了三口井的現場(chǎng)測試。

第二種是通過(guò)測量聲速來(lái)確定兩相混合流的相組分，因為混合流體的聲速與各單相流體的聲速和密度具有相關(guān)性，而這個(gè)相關(guān)性普遍存在于兩相氣/液和液/液混合流體系統中，同時(shí)也適用于多相混合流系統。根據混合流體的聲速確定各相流體的體積分數，就是測量流過(guò)流量計的各單相體積分數（即持率測量）。

某一流體相持率是否等于該相流動(dòng)體積分數，取決于該相相對于其它相是否存在嚴重的滑脫現象。對于不存在嚴重滑脫的油水兩相混合流系統，可以用均勻流動(dòng)模型進(jìn)行分析；對于存在嚴重滑脫現象的流動(dòng)狀態(tài)，則必須應用更完善的滑脫模型來(lái)解釋流量計測量的數據，才能準確地確定各相的流量。對于油水混合流體，流量計的長(cháng)波長(cháng)聲速測量可以確定各相體積分數（即持率），而不受流動(dòng)非均質(zhì)性（如層狀流動(dòng)）的影響。

2、聲波測量

與過(guò)去相比，勘探開(kāi)發(fā)公司如今面臨更大的風(fēng)險和更復雜的鉆井環(huán)境，因此獲得準確的地層構造圖和油藏機理具有重要意義。

目前使用的地震測量方法，如拖曳等浮電纜檢波器組、臨時(shí)海底布放地震檢波器和井下電纜布放地震檢波器等，能提供目的產(chǎn)油區域的測量，但這些方法具有相對高的作業(yè)費用，不能下入井內或受環(huán)境條件的限制等，而且提供的圖像不全面、不連續，分辨率不是很高，因此難于實(shí)現連續實(shí)時(shí)油藏動(dòng)態(tài)監測。

基于光纖的井下地震檢波器系統能夠解決這些問(wèn)題，它能提供整個(gè)油井壽命期間永久高分辨率四維油藏圖像，極大方便了油藏管理。這種井下地震加速度檢波器能接收地震波，并將其處理成地層和流體前緣圖像。

永久井下光纖3分量地震測量具有高的靈敏度和方向性，能產(chǎn)生高精度空間圖像，不僅能提供近井眼圖像，而且能提供井眼周?chē)貙訄D像，在某些情況下測量范圍能達數千英尺。它在油井的整個(gè)壽命期間運行，能經(jīng)受惡劣的環(huán)境條件（溫度達175℃，壓力達100MPa），且沒(méi)有可移動(dòng)部件和井下電子器件，被封裝在直徑2.5cm的保護外殼中，能經(jīng)受強的沖擊和振動(dòng)，可安裝到復雜的完井管柱及小的空間內。此外，該系統還具有動(dòng)態(tài)范圍大和信號頻帶寬的特點(diǎn)，其信號頻帶寬度為3Hz～800Hz，能記錄從極低到極高頻率的等效響應。

3、激光光纖核測井技術(shù)

激光技術(shù)和光纖技術(shù)可以用于研制井下傳感器，用于在充有原油和泥漿等非透明流體的井中進(jìn)行測井。

激光光纖核傳感器是在光纖通信和光纖傳感器的基礎上產(chǎn)生的，它利用了光致?lián)p耗和光致發(fā)光等物理效應，比常規核探測器具有更多的優(yōu)越性，是典型的學(xué)科交叉。光纖核測井技術(shù)，實(shí)際上就是在特定的環(huán)境下的核探測技術(shù)，其典型的優(yōu)點(diǎn)為：

（1）可以針對不同的核探測的能級范圍，研制在該范圍的敏感探頭。

（2）因為應用了光致發(fā)光效應，可使探頭位于千米的井下，而光電倍增管由傳輸光纜相連置于井上，遠離了惡劣的井下環(huán)境（高溫高壓），從而延長(cháng)其的使用壽命。

（3）光纖具有高速率、大容量傳輸能力，還能搭載其他井下儀器信號。

然而，激光光纖核探測器也有缺點(diǎn)，主要表現在耐高溫和承受高壓的保護涂層、傳輸光纜的機械強度以及耐輻射的傳輸光纜低衰減損耗。

光纖傳感在電力安全領(lǐng)域的應用

電力系統是國家建設的基礎，是國民經(jīng)濟的命脈所在，電力作為國家重要的能源供給設施，安全防范自是重中之重。

電力系統自動(dòng)化建設和改造不斷發(fā)展完善，而電力系統是由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節組成，需對各個(gè)環(huán)節具備安全防范手段。

分布式光纖傳感技術(shù)，將整個(gè)長(cháng)度范圍內的光纖均用作傳感器，探測在光纖敷設范圍內任意點(diǎn)的特定信息。

基于彈光效應和白光干涉技術(shù)，開(kāi)發(fā)的分布式光纖監測技術(shù)，可以實(shí)現電力系統從發(fā)電到輸變電整個(gè)電力供應環(huán)節的安全監控整體解決。

該技術(shù)從光纖振動(dòng)傳感與溫度傳感兩方面著(zhù)手，開(kāi)發(fā)了針對電力系統應用性極強的系列產(chǎn)品。該技術(shù)利用了光纖本質(zhì)是弱電器件的優(yōu)點(diǎn)，對能源依賴(lài)小，野外布設方便，不怕雷擊電閃；利用了光纖是一種無(wú)源器件的優(yōu)點(diǎn)，因此，防火、防爆，無(wú)電磁干擾，更抗電磁干擾，非常適合長(cháng)距離、大范圍、難以人力全面監控的場(chǎng)合；利用了光纖本身不含金屬的特點(diǎn)，因此，在野外苛刻的自然環(huán)境中，不會(huì )腐蝕，不怕雨雪，甚至可用于濕地與海域。

無(wú)人值守電站

無(wú)人值守電站的安全，電力設施、設備的破壞情況屢有發(fā)生。 變電站園區周界入侵探測報警系統，成為保證變電站安全運行的最外層、最必要屏障。

光纖振動(dòng)傳感技術(shù)采用光纖作為前端介質(zhì)，同時(shí)通過(guò)光纖將前端信號傳輸至監控中心主機主，主機響應后通過(guò)電力專(zhuān)網(wǎng)向遠程調度中心或市局、上級機構傳輸信號，實(shí)現遠程實(shí)時(shí)監控。

高壓電塔安全監控系統

高壓電塔危險性極強，塔架附近一定區域都需作無(wú)人區隔離，保證一定的安全距離。

光纖振動(dòng)傳感技術(shù)通過(guò)埋設在無(wú)人區高壓塔架周?chē)墓饫|，或者綁扎在高壓塔架底部支架上的光纜，在有人員進(jìn)入禁行區，或開(kāi)始攀爬塔架的時(shí)候，第一時(shí)間進(jìn)行報警。安保人員通過(guò)監控室顯示的塔架位置及時(shí)進(jìn)行定位，并出動(dòng)人員及早進(jìn)行干預。能有效將危險及早進(jìn)行扼制。

輸電干線(xiàn)安全監控

輸電線(xiàn)路是電網(wǎng)運行的命脈，它在輸送能源的同時(shí)又相當的脆弱，任何外力的破壞，都有可能造成大面積停電。外力破壞(如盜竊、施工)、環(huán)境污染、自然災害一直是威脅電網(wǎng)安全的重大隱患，而對于地震、臺風(fēng)、洪水等自然災害有可能造成的電網(wǎng)大面積癱瘓，目前還缺乏系統性研究和評估，沒(méi)有建立相應的預警機制。

利用光纖傳感技術(shù)對輸電線(xiàn)路進(jìn)行安全監控，是采用沿輸電線(xiàn)路布設的光纖單芯定位等一系列創(chuàng )新技術(shù)，通過(guò)對輸電線(xiàn)路上發(fā)生的觸碰(或刮擦)光纜、接頭盒、光芯等擾動(dòng)的實(shí)時(shí)監測，采集和分析信息，判定擾動(dòng)發(fā)生的位置、類(lèi)型、強度，以幫助線(xiàn)路維護人員及時(shí)發(fā)現輸電線(xiàn)路的破壞行為。該系統解決了當前輸電干線(xiàn)安全缺乏有效監測手段的問(wèn)題，不僅能夠在事件發(fā)生時(shí)實(shí)時(shí)監測、準確定位、智能分析，還可以實(shí)現對事故發(fā)生的預警，有效解決對線(xiàn)路損毀的預警監測，為安保人員提供告警、智能分析和輔助決策支持。

分布式溫度傳感監測

電廠(chǎng)與變電站電纜橋架、電纜隧道、電纜夾層、電纜溝、電纜豎井、開(kāi)關(guān)設備、變壓器、電阻排等電力設備在長(cháng)期的高壓中常因發(fā)熱而老化引起火災，經(jīng)過(guò)多年來(lái)火災調查研究發(fā)現，大多數的火災事故都是由于溫度過(guò)高引起的。如果能夠在火災潛伏期溫度緩慢的上升過(guò)程中就能即時(shí)發(fā)現火災隱患并采取相應措施，無(wú)疑是最佳的防范時(shí)機。

傳統形式的火災探測系統其傳感部件通常是電磁式元件，而在電力行業(yè)的應用場(chǎng)合，設備上都有著(zhù)高壓，它的周?chē)泻軓姷碾姶鸥蓴_，導致傳統的探測器誤報、漏報時(shí)常發(fā)生。 

分布式光纖測溫傳感技術(shù)是目前國際上最先進(jìn)的測溫技術(shù)。DTS分布式光纖溫度傳感器系統，能在整個(gè)連續的光纖上，以距離的連續函數形式，測量和顯示出光纖上各點(diǎn)的溫度值。這種技術(shù)只需一根光纖就可以測量十公里距離的溫度。對于電力系統的溫度監測，分布式光纖溫度傳感系統是一種十分有效的監測設備。

它基于目前最先進(jìn)的光纖、激光和信號處理技術(shù)。采用光纖作為溫度信息采集的傳感器。通過(guò)測量入射激光在光纖中不同距離處產(chǎn)生的散射波，測知沿光纖分布的各點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度信息。該系統專(zhuān)門(mén)應用于區域(多點(diǎn)、線(xiàn)性、面型)測溫，并可以實(shí)現對溫度引起的過(guò)熱、過(guò)冷、火情隱患等進(jìn)行預判和報警。 

綜上所述，光纖傳感技術(shù)可以整體解決電力行業(yè)各個(gè)環(huán)節從安全防范至安全生產(chǎn)的綜合安全監控，得到電力行業(yè)的廣泛重視，并開(kāi)始被廣泛應用。

光纖傳感器在橋梁健康監測中的應用

隨著(zhù)工業(yè)與交通運輸的發(fā)展，橋梁對交通運輸的發(fā)展具有重大影響，橋梁的跨度增加以及結構的復雜趨勢，使得其安全隱患受到大家更多的關(guān)注，因此我們需要對橋梁進(jìn)行更好的健康監測。橋梁的健康監測實(shí)際上是通過(guò)對橋梁結構的無(wú)損檢測、實(shí)時(shí)監測橋梁的整體結構，對其損傷位置和程度進(jìn)行診斷，為橋梁的維修以及管理提供幫助。 

隨著(zhù)光纖傳感技術(shù)用于復合材料的發(fā)展，把光纖傳感系統埋入水泥結構形成能夠感知應力和斷裂損傷的能力。光纖傳感器因為具有質(zhì)量輕，結構小，信息量大，不受電磁干擾，容易埋入結構等優(yōu)點(diǎn)，可以對橋梁進(jìn)行實(shí)時(shí)的監測和控制，從而實(shí)現對橋梁結構健康監測的目的。目前，最廣泛使用的是光纖光柵型傳感器，是橋梁健康監測系統的重要工具之一。

橋梁的結構健康監測系統，包括測量車(chē)輛荷載、溫度、撓度、應變、主梁振動(dòng)、斜拉索振動(dòng)六個(gè)子系統； 

下面就幾個(gè)具體的橋梁健康監測系統進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

拉索應力監測系統

在斜拉索結構大橋中，大橋的主梁及通過(guò)的汽車(chē)荷載均由拉索承擔，拉索是特別容易產(chǎn)生損傷的結構，其壽命往往比橋梁其他構件的壽命都要短，因此要準確及時(shí)掌握拉索的內力及其變化特征至關(guān)重要。

在天津的永和大橋的監測中，在44組拉索中每組拉索選擇1根作為監測對象布設傳感筋，總計44根智能索。

圖1  永和大橋的結構圖

如下圖2所示光纖光柵智能索內部的結構。其中36根索內只設2個(gè)光纖光柵應變傳感器，另外的8根索中除布設2個(gè)光纖光柵應變傳感器外還布設了1個(gè)溫度補償光纖光柵傳感器。在大橋的拉索檢測系統中選用了GFRP-OFBG復合智能筋，其具有精度高，分辨率高，靈敏度強，反射率大于90%，最重要的是耐久性長(cháng)達25年之久。

   圖2   智能索內部結構

主梁應力監測系統

在橋面主梁的監測中，主梁上不僅要安設光纖光柵應力傳感器還要在特定的位置安裝光纖光柵溫度傳感器，并完成應變傳感器的溫度補償；對主梁結構的溫度場(chǎng)監測是為了將溫度場(chǎng)作為參數，研究溫度應力及溫度導致的結構動(dòng)力特性變化。

圖3  主梁應力監測截面位置

如圖4所示，其中在I、VI截面上分別布設3個(gè)光纖光柵應變傳感器、1個(gè)光纖光柵溫度傳感器和1個(gè)絕對溫度補償傳感器；II、V截面上分別布設5個(gè)光纖光柵應變傳感器、1個(gè)光纖光柵溫度傳感器和1個(gè)絕對溫度補償傳感器。Ⅲ截面布設5個(gè)光纖光柵應變傳感器和2個(gè)光纖光柵溫度傳感器，Ⅳ截面布設5個(gè)光纖光柵應變傳感器和3個(gè)光纖光柵溫度傳感器。

圖4  主梁各截面上的傳感器布設位置

主梁截面的應變監測系統選用的是表面焊接式FRP-OFBG應變傳感器，如圖5所示。這種材料的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、應變測試精度高、耐久性長(cháng)的傳感器。

主梁溫度監測系統選用無(wú)應力影響光纖光柵溫度傳感器。其采用特殊方法封裝，即使埋入結構中也不受外界的應力變化的影響而只反映溫度變化，并且溫度靈敏度與精度高很高，可以很好的監測環(huán)境溫度與結構內溫度變化。

光纖傳感技術(shù)特別是光纖光柵型傳感技術(shù)在橋梁工程領(lǐng)域的顯著(zhù)優(yōu)勢，不僅給橋梁健康監測和安全評估注入了新的活力，而且還為橋梁實(shí)時(shí)監測的發(fā)展帶來(lái)了契機。

光纖傳感器在智能穿戴設備中的應用

如今，光纖傳感器的小型化，也被應用在智能穿戴設備上。長(cháng)時(shí)間的久坐以及不正確的坐姿，在不知不覺(jué)中傷害著(zhù)人們的身體健康。

智能坐墊的主要功能就是坐姿監測提醒。通過(guò)壓力傳感器和光纖傳感器，可以分辨出你現在的坐姿，識別出你是否前傾、后傾，是否久坐。當你長(cháng)時(shí)間坐著(zhù)或者坐姿不標準時(shí)，會(huì )通過(guò)配套的APP提醒你。另外，通過(guò)光纖傳感器，監測心跳、呼吸等數據，可以分析出你現在是否壓力過(guò)大，并給出建議。這一技術(shù)還可以將光纖傳感器植入到座椅、沙發(fā)甚至床墊中，也可以做成智能醫療產(chǎn)品，應用于健康監測領(lǐng)域。

光纖傳感技術(shù)不斷吸取光纖通信的新技術(shù)（如新的半導體光源、新型光纖）、新器件，在如今的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代也將有更廣闊的應用前景，全光物聯(lián)網(wǎng)有望在將來(lái)成為一種新的物聯(lián)網(wǎng)形式。

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光纖傳感器與測量技術(shù)是當今傳感器技術(shù)領(lǐng)域新的發(fā)展引應用，其測量用的光纖傳感器有很多種類(lèi)，有很多種工作方式。國內市場(chǎng)上光纖傳感器應用主要在以下四種：光纖陀螺、光纖光柵傳感器、光纖電流傳感器和光纖水聽(tīng)器。下面對這四種產(chǎn)品分別介紹一下。

光纖傳感器應用種類(lèi)

一、光纖陀螺。

光纖陀螺按原理可分為干涉型、諧振型和布里淵型，這是三代光纖陀螺的代表。第一代干涉型光纖陀螺，目前該項技術(shù)已經(jīng)成熟，適合進(jìn)行批量生產(chǎn)和商品化；第二代諧振型光纖陀螺，暫時(shí)還處于實(shí)驗室研究向實(shí)用化推進(jìn)的發(fā)展階段；第三代布里淵型，它還處于理論研究階段。

光纖陀螺結構根據所采用的光學(xué)元件有三種實(shí)現方法：小型分立元件系統、全光纖系統和集成光學(xué)元件系統。目前分立光學(xué)元件技術(shù)已經(jīng)基本退出，全光纖系統用在開(kāi)環(huán)低精度、低成本的光纖陀螺中，集成光學(xué)器件陀螺由于其工藝簡(jiǎn)單、總體重復性好、成本低，所以在高精度光纖陀螺很受歡迎，是其主要實(shí)現方法。

二、光纖光柵傳感器

目前國內外傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一光纖布拉格光柵傳感器。傳統光纖傳感器基本上可分為兩種類(lèi)型：光強型和干涉型。光強型傳感器的缺點(diǎn)在于光源不穩定，而且光纖損耗和探測器容易老化；干涉型傳感器由于要求兩路干涉光的光強同等，所以需要固定參考點(diǎn)而導致應用不方便。

目前開(kāi)發(fā)的以光纖布拉格光柵為主的光纖光柵傳感器可以避免出現上面兩種情況，其傳感信號為波長(cháng)調制、復用能力強。在建筑健康檢測、沖擊檢測、形狀控制和振動(dòng)阻尼檢測等應用中，光纖光柵傳感器是最理想的靈敏元件。光纖光柵傳感器在地球動(dòng)力學(xué)、航天器、電力工業(yè)和化學(xué)傳感中有廣泛的應用。

三、光纖電流傳感器

電力工業(yè)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)電力傳輸系統容量不斷增加，運行電壓等級也越來(lái)越高，電流也越來(lái)越大，這樣測量起來(lái)就非常困難，這就顯現出光纖電流傳感器的優(yōu)點(diǎn)了。在電力系統中，傳統的用來(lái)測量電流的傳感器是以電磁感應為基礎，這就存在以下缺點(diǎn)：它容易爆炸以至引起災難性事故；大故障電流會(huì )造成鐵芯磁飽和；鐵芯發(fā)生共振效應；頻率響應慢；測量精度低；信號易受干擾；體積重量大、價(jià)格昂貴等等，已經(jīng)很難滿(mǎn)足新一代數字電力網(wǎng)的發(fā)展需要。這個(gè)時(shí)候光纖電流傳感器應運而生。

四、光纖水聽(tīng)器

光纖水聽(tīng)器主要用來(lái)測量水下聲信號，它通過(guò)高靈敏度的光纖相干檢測，將水聲信號轉換為光信號，并通過(guò)光纖傳至信號處理系統進(jìn)行識別。與傳統水聽(tīng)器相比，光纖水聽(tīng)器具有靈敏度高、響應帶寬寬、不受電磁干擾等特點(diǎn)，廣泛用于軍事和石油勘探、環(huán)境檢測等領(lǐng)域，具有很大的發(fā)展潛力。光纖水聽(tīng)器按原理可分為干涉型、強度型、光柵型等。干涉型光纖水聽(tīng)器關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成熟，在部分領(lǐng)域形成產(chǎn)品；光纖光柵水聽(tīng)器則是當前研究的熱點(diǎn)，研究的關(guān)鍵技術(shù)涉及光源、光纖器件、探頭技術(shù)、抗偏振衰落技術(shù)、抗相位衰落技術(shù)、信號處理技術(shù)、多路復用技術(shù)以及工程技術(shù)等。

結合這幾種應用型的光纖傳感器種類(lèi)，我們來(lái)看看在實(shí)際應用場(chǎng)景中的光纖傳感器

光纖傳感器在周界安防領(lǐng)域的應用

在眾多周界安防監控技術(shù)中，光纖傳感技術(shù)脫穎而出， 幾乎可以實(shí)現傳統傳感器所有的功能， 可以對位移、震動(dòng)、壓力、溫度、速度、流量等各種物理量進(jìn)行檢測，具有靈敏度高、無(wú)電磁輻射、動(dòng)態(tài)范圍大、適應范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是安防技術(shù)發(fā)展的主流方向。

在光纖傳感安防應用領(lǐng)域， 研制出了各種類(lèi)型和各種功能的光纖探測器，成功地運用于各國政府、軍隊、銀行、機場(chǎng)、港口、石油公司、核電站等，涉及的領(lǐng)域包括：周界、管線(xiàn)、通信、市政、監獄安全監控等。

光纖傳感器在安防領(lǐng)域的應用主要在如下三個(gè)方面：

周界安全監控系統

軍事基地、核電站、邊境線(xiàn)等重要設施通常都地處環(huán)境惡劣的地域，氣候條件復雜，同時(shí)這些設施的周界安全等級比較高，而這些地方的基礎設施也比較差，甚至沒(méi)有野外供電的條件，這對周界安防系統提出了更高的要求。光纖周界安全監控系統有一款室外無(wú)源監控系統，可以將監控主機架設在監控室，通過(guò)引導光纜將傳感光纜受到的震動(dòng)信息傳遞到監控中心，所有室外設備均為無(wú)源器件，無(wú)需野外供電，可以提供有效的周界安全監控。

管道安全監控系統

管道安全監控是一項艱巨而復雜的任務(wù)，管線(xiàn)因施工不當被破壞，造成重大污染和經(jīng)濟損失。常規的檢測方法是派人員沿管線(xiàn)巡查，也有采用一些傳統的監測手段，但實(shí)踐證明效果有限。光纖管道安全監控系統可以有效地解決上述問(wèn)題，將傳感光纜沿管線(xiàn)埋設，通過(guò)光纖感受管線(xiàn)周?chē)恼饎?dòng)，并將此信息傳輸給監控主機進(jìn)行分析、判斷，排除一般性干擾，最終產(chǎn)生報警，告知值班人員管線(xiàn)出現事故的區域。該系統特別適用于化工廠(chǎng)和大型油庫中的石油管線(xiàn)安全監控，以及大型社區市政設施中的天然氣管線(xiàn)、電力管線(xiàn)和飲水管線(xiàn)等的安全監控。

骨干光纜安全監控系統

骨干光纜是現代通信的基礎和重要通道，光纜運營(yíng)安全和信息內容安全關(guān)系著(zhù)國民經(jīng)濟和國家安全，因此骨干光纜的安全監測就顯的十分重要。傳感的光時(shí)域反射儀(OTDR)雖然可以對光纖進(jìn)行檢測，但它也有局限性，存在盲區，不能進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，特別是通過(guò)高科技手段不用折斷光纖就可以神不知鬼不覺(jué)地盜竊光纖中傳輸的信息，而傳統的監測手段是無(wú)法發(fā)現的。光纖骨干光纜安全監控系統通過(guò)接入光纜豎井中的光纖，對整個(gè)光纜進(jìn)行監控。當有不法分子企圖盜竊光纜內部的信息而觸碰光纜時(shí)，系統立即產(chǎn)生報警，可以有效地保證骨干光纜的信息安全。該系統特別適用于政府大樓、軍事機關(guān)、銀行，以及機要和通信部門(mén)對骨干光纜安全進(jìn)行監控。

周界安防監控系統工作原理是基于多模光纖模式干涉探測技術(shù)，其基本檢測原理如下：

光在多模光纖中產(chǎn)生一個(gè)隨機強度的光譜，形成光斑。如果光纖沒(méi)有受到外界擾動(dòng)，則該光譜相對是不變的。當光纖受到外界擾動(dòng)時(shí)，如：移動(dòng)、振動(dòng)或受到壓力時(shí)，這些光譜發(fā)生相應的改變，光纖檢測器可以檢測到光譜發(fā)生了變化，并可確定外界發(fā)生了什么事件。

各種場(chǎng)合和領(lǐng)域的周界安防產(chǎn)品，既有防區式光纖傳感器，也有分布式定位光纖傳感器，形成適合于短、中、長(cháng)三種周界系列監控系統。與其它類(lèi)型的安防產(chǎn)品配合使用，如：紅外探測器、激光掃描器、紅外冪簾等，采取由外到內的多層防護手段，可以為用戶(hù)提供全面安全、可靠的安全防護體系。

光纖傳感器在石油行業(yè)中的應用

在油田的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人們需要知道在產(chǎn)液或注水過(guò)程中有關(guān)井內流體的持性與狀態(tài)的詳細資料，這就要用到石油測井，其可靠性和準確性是至關(guān)重要的。光纖傳感器可以克服在井下惡劣的環(huán)境諸如高溫、高壓、腐蝕、地磁地電干擾下工作?？梢愿呔鹊販y量井筒和井場(chǎng)環(huán)境參數，同時(shí)，光纖傳感器具有分布式測量能力，可以測量被測量的空間分布，給出剖面信息。而且，光纖傳感器橫截面積小，外形短，在井筒中占據空間極小。

以下分別對油田作業(yè)中，光纖傳感器能實(shí)現的檢測任務(wù)做介紹：

1、儲層參數監測

1）壓力監測

由于開(kāi)發(fā)方案的需要，對油藏壓力的管理需要特別謹慎，這樣做的目的是減少因在低于泡點(diǎn)壓力的狀態(tài)下開(kāi)采所造成的原油損失，減少在注氣過(guò)程中因油藏超壓將原油擠入含水層所造成的原油損失。

傳統的井下壓力監測采用的傳感器主要有應變壓力計和石英晶體壓力計，應變式壓力計受溫度影響和滯后影響，而石英壓力計會(huì )受到溫度和壓力急劇變化的影響。在壓力監測時(shí)，這些傳感器還涉及安裝困難、長(cháng)期穩定性差等問(wèn)題。

井下光纖傳感器沒(méi)有井下電子線(xiàn)路、易于安裝、體積小、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，而這些正是井下監測所必需的。用布拉格光纖光柵傳感器實(shí)行井下監測，對溫度不敏感，最高工作溫度為300℃，最高測量壓力82MPa，在最高測量壓力下，對溫度的靈敏度極小，可以適用于井下的壓力監測。

2）溫度監測

分布式光纖溫度傳感器具有通過(guò)沿整個(gè)完井長(cháng)度連續性采集溫度資料來(lái)提供一條監測生產(chǎn)和油層的新途徑的潛力。因為井的溫度剖面的變化可以與其它地面采集的資料（流量、含水、井口壓力等）以及裸眼測井曲線(xiàn)對比，從而為操作者提供有關(guān)出現在井下的變化的定性和定量信息。

傳統的測溫工具只能在任何給定時(shí)間內測量某個(gè)點(diǎn)的溫度，要測試全范圍的溫度，點(diǎn)式傳感器只能在井中來(lái)回移動(dòng)才能實(shí)現，不可避免地對井內環(huán)境平衡造成影響。

光纖分布式溫度傳感器的優(yōu)勢在于光纖無(wú)須在檢測區域內來(lái)回移動(dòng)，能保證井內的溫度平衡狀態(tài)不受影響。而且由于光纖被置于毛細鋼管內，因此凡毛細鋼管能通達的地方都可進(jìn)行光纖分布式溫度傳感器測試。

最廣泛地應用于井下監測應用的光纖傳感器之一就是拉曼反向散射分布式溫度探測器，這種方法已經(jīng)在測量井筒溫度剖面（特別是在蒸汽驅井）中，得到了廣泛的應用。

目前的光纖溫度、壓力傳感器的最主要的缺點(diǎn)之一就是溫度壓力交叉敏感特性，如何消除或者利用這種交叉敏感特性是研究的熱點(diǎn)。

3）多相流監測

為了做好油藏監控和油田管理，最關(guān)鍵的環(huán)節是獲得生產(chǎn)井和注水井穩定可信的總流量剖面和各相流體的持率。然而，大多數油井分層開(kāi)采，每層含水量不同，而且有時(shí)流速較大，給利用常規生產(chǎn)測井設備測量和分析油井的生產(chǎn)狀況帶來(lái)了巨大的困難。

光纖測量多相流有兩種方法，第一種是持氣率光纖傳感儀，該儀器能直接測量多相流中持氣率。其四個(gè)光纖探頭均勻地分布在井筒的橫剖面中，其空間取向方位可用一個(gè)集成化的相對方位傳感器準確測量，在氣液混合物中，通過(guò)探頭反射的光信號來(lái)確定持氣率和泡沫數量（這二者與氣體流量相關(guān)聯(lián)）。

此外，利用每個(gè)探頭的測量值來(lái)建立一種井中氣體流動(dòng)的圖像，可以更好地了解多相流流型以及解釋在傾斜條件下這些流型固有的相分離。它提供的資料能直接測定和量化多相混合物中氣體和液體，能準確診斷井眼問(wèn)題，并有助于生產(chǎn)調整。儀器通過(guò)了三口井的現場(chǎng)測試。

第二種是通過(guò)測量聲速來(lái)確定兩相混合流的相組分，因為混合流體的聲速與各單相流體的聲速和密度具有相關(guān)性，而這個(gè)相關(guān)性普遍存在于兩相氣/液和液/液混合流體系統中，同時(shí)也適用于多相混合流系統。根據混合流體的聲速確定各相流體的體積分數，就是測量流過(guò)流量計的各單相體積分數（即持率測量）。

某一流體相持率是否等于該相流動(dòng)體積分數，取決于該相相對于其它相是否存在嚴重的滑脫現象。對于不存在嚴重滑脫的油水兩相混合流系統，可以用均勻流動(dòng)模型進(jìn)行分析；對于存在嚴重滑脫現象的流動(dòng)狀態(tài)，則必須應用更完善的滑脫模型來(lái)解釋流量計測量的數據，才能準確地確定各相的流量。對于油水混合流體，流量計的長(cháng)波長(cháng)聲速測量可以確定各相體積分數（即持率），而不受流動(dòng)非均質(zhì)性（如層狀流動(dòng)）的影響。

2、聲波測量

與過(guò)去相比，勘探開(kāi)發(fā)公司如今面臨更大的風(fēng)險和更復雜的鉆井環(huán)境，因此獲得準確的地層構造圖和油藏機理具有重要意義。

目前使用的地震測量方法，如拖曳等浮電纜檢波器組、臨時(shí)海底布放地震檢波器和井下電纜布放地震檢波器等，能提供目的產(chǎn)油區域的測量，但這些方法具有相對高的作業(yè)費用，不能下入井內或受環(huán)境條件的限制等，而且提供的圖像不全面、不連續，分辨率不是很高，因此難于實(shí)現連續實(shí)時(shí)油藏動(dòng)態(tài)監測。

基于光纖的井下地震檢波器系統能夠解決這些問(wèn)題，它能提供整個(gè)油井壽命期間永久高分辨率四維油藏圖像，極大方便了油藏管理。這種井下地震加速度檢波器能接收地震波，并將其處理成地層和流體前緣圖像。

永久井下光纖3分量地震測量具有高的靈敏度和方向性，能產(chǎn)生高精度空間圖像，不僅能提供近井眼圖像，而且能提供井眼周?chē)貙訄D像，在某些情況下測量范圍能達數千英尺。它在油井的整個(gè)壽命期間運行，能經(jīng)受惡劣的環(huán)境條件（溫度達175℃，壓力達100MPa），且沒(méi)有可移動(dòng)部件和井下電子器件，被封裝在直徑2.5cm的保護外殼中，能經(jīng)受強的沖擊和振動(dòng)，可安裝到復雜的完井管柱及小的空間內。此外，該系統還具有動(dòng)態(tài)范圍大和信號頻帶寬的特點(diǎn)，其信號頻帶寬度為3Hz～800Hz，能記錄從極低到極高頻率的等效響應。

3、激光光纖核測井技術(shù)

激光技術(shù)和光纖技術(shù)可以用于研制井下傳感器，用于在充有原油和泥漿等非透明流體的井中進(jìn)行測井。

激光光纖核傳感器是在光纖通信和光纖傳感器的基礎上產(chǎn)生的，它利用了光致?lián)p耗和光致發(fā)光等物理效應，比常規核探測器具有更多的優(yōu)越性，是典型的學(xué)科交叉。光纖核測井技術(shù)，實(shí)際上就是在特定的環(huán)境下的核探測技術(shù)，其典型的優(yōu)點(diǎn)為：

（1）可以針對不同的核探測的能級范圍，研制在該范圍的敏感探頭。

（2）因為應用了光致發(fā)光效應，可使探頭位于千米的井下，而光電倍增管由傳輸光纜相連置于井上，遠離了惡劣的井下環(huán)境（高溫高壓），從而延長(cháng)其的使用壽命。

（3）光纖具有高速率、大容量傳輸能力，還能搭載其他井下儀器信號。

然而，激光光纖核探測器也有缺點(diǎn)，主要表現在耐高溫和承受高壓的保護涂層、傳輸光纜的機械強度以及耐輻射的傳輸光纜低衰減損耗。

光纖傳感在電力安全領(lǐng)域的應用

電力系統是國家建設的基礎，是國民經(jīng)濟的命脈所在，電力作為國家重要的能源供給設施，安全防范自是重中之重。

電力系統自動(dòng)化建設和改造不斷發(fā)展完善，而電力系統是由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節組成，需對各個(gè)環(huán)節具備安全防范手段。

分布式光纖傳感技術(shù)，將整個(gè)長(cháng)度范圍內的光纖均用作傳感器，探測在光纖敷設范圍內任意點(diǎn)的特定信息。

基于彈光效應和白光干涉技術(shù)，開(kāi)發(fā)的分布式光纖監測技術(shù)，可以實(shí)現電力系統從發(fā)電到輸變電整個(gè)電力供應環(huán)節的安全監控整體解決。

該技術(shù)從光纖振動(dòng)傳感與溫度傳感兩方面著(zhù)手，開(kāi)發(fā)了針對電力系統應用性極強的系列產(chǎn)品。該技術(shù)利用了光纖本質(zhì)是弱電器件的優(yōu)點(diǎn)，對能源依賴(lài)小，野外布設方便，不怕雷擊電閃；利用了光纖是一種無(wú)源器件的優(yōu)點(diǎn)，因此，防火、防爆，無(wú)電磁干擾，更抗電磁干擾，非常適合長(cháng)距離、大范圍、難以人力全面監控的場(chǎng)合；利用了光纖本身不含金屬的特點(diǎn)，因此，在野外苛刻的自然環(huán)境中，不會(huì )腐蝕，不怕雨雪，甚至可用于濕地與海域。

無(wú)人值守電站

無(wú)人值守電站的安全，電力設施、設備的破壞情況屢有發(fā)生。 變電站園區周界入侵探測報警系統，成為保證變電站安全運行的最外層、最必要屏障。

光纖振動(dòng)傳感技術(shù)采用光纖作為前端介質(zhì)，同時(shí)通過(guò)光纖將前端信號傳輸至監控中心主機主，主機響應后通過(guò)電力專(zhuān)網(wǎng)向遠程調度中心或市局、上級機構傳輸信號，實(shí)現遠程實(shí)時(shí)監控。

高壓電塔安全監控系統

高壓電塔危險性極強，塔架附近一定區域都需作無(wú)人區隔離，保證一定的安全距離。

光纖振動(dòng)傳感技術(shù)通過(guò)埋設在無(wú)人區高壓塔架周?chē)墓饫|，或者綁扎在高壓塔架底部支架上的光纜，在有人員進(jìn)入禁行區，或開(kāi)始攀爬塔架的時(shí)候，第一時(shí)間進(jìn)行報警。安保人員通過(guò)監控室顯示的塔架位置及時(shí)進(jìn)行定位，并出動(dòng)人員及早進(jìn)行干預。能有效將危險及早進(jìn)行扼制。

輸電干線(xiàn)安全監控

輸電線(xiàn)路是電網(wǎng)運行的命脈，它在輸送能源的同時(shí)又相當的脆弱，任何外力的破壞，都有可能造成大面積停電。外力破壞(如盜竊、施工)、環(huán)境污染、自然災害一直是威脅電網(wǎng)安全的重大隱患，而對于地震、臺風(fēng)、洪水等自然災害有可能造成的電網(wǎng)大面積癱瘓，目前還缺乏系統性研究和評估，沒(méi)有建立相應的預警機制。

利用光纖傳感技術(shù)對輸電線(xiàn)路進(jìn)行安全監控，是采用沿輸電線(xiàn)路布設的光纖單芯定位等一系列創(chuàng )新技術(shù)，通過(guò)對輸電線(xiàn)路上發(fā)生的觸碰(或刮擦)光纜、接頭盒、光芯等擾動(dòng)的實(shí)時(shí)監測，采集和分析信息，判定擾動(dòng)發(fā)生的位置、類(lèi)型、強度，以幫助線(xiàn)路維護人員及時(shí)發(fā)現輸電線(xiàn)路的破壞行為。該系統解決了當前輸電干線(xiàn)安全缺乏有效監測手段的問(wèn)題，不僅能夠在事件發(fā)生時(shí)實(shí)時(shí)監測、準確定位、智能分析，還可以實(shí)現對事故發(fā)生的預警，有效解決對線(xiàn)路損毀的預警監測，為安保人員提供告警、智能分析和輔助決策支持。

分布式溫度傳感監測

電廠(chǎng)與變電站電纜橋架、電纜隧道、電纜夾層、電纜溝、電纜豎井、開(kāi)關(guān)設備、變壓器、電阻排等電力設備在長(cháng)期的高壓中常因發(fā)熱而老化引起火災，經(jīng)過(guò)多年來(lái)火災調查研究發(fā)現，大多數的火災事故都是由于溫度過(guò)高引起的。如果能夠在火災潛伏期溫度緩慢的上升過(guò)程中就能即時(shí)發(fā)現火災隱患并采取相應措施，無(wú)疑是最佳的防范時(shí)機。

傳統形式的火災探測系統其傳感部件通常是電磁式元件，而在電力行業(yè)的應用場(chǎng)合，設備上都有著(zhù)高壓，它的周?chē)泻軓姷碾姶鸥蓴_，導致傳統的探測器誤報、漏報時(shí)常發(fā)生。 

分布式光纖測溫傳感技術(shù)是目前國際上最先進(jìn)的測溫技術(shù)。DTS分布式光纖溫度傳感器系統，能在整個(gè)連續的光纖上，以距離的連續函數形式，測量和顯示出光纖上各點(diǎn)的溫度值。這種技術(shù)只需一根光纖就可以測量十公里距離的溫度。對于電力系統的溫度監測，分布式光纖溫度傳感系統是一種十分有效的監測設備。

它基于目前最先進(jìn)的光纖、激光和信號處理技術(shù)。采用光纖作為溫度信息采集的傳感器。通過(guò)測量入射激光在光纖中不同距離處產(chǎn)生的散射波，測知沿光纖分布的各點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度信息。該系統專(zhuān)門(mén)應用于區域(多點(diǎn)、線(xiàn)性、面型)測溫，并可以實(shí)現對溫度引起的過(guò)熱、過(guò)冷、火情隱患等進(jìn)行預判和報警。 

綜上所述，光纖傳感技術(shù)可以整體解決電力行業(yè)各個(gè)環(huán)節從安全防范至安全生產(chǎn)的綜合安全監控，得到電力行業(yè)的廣泛重視，并開(kāi)始被廣泛應用。

光纖傳感器在橋梁健康監測中的應用

隨著(zhù)工業(yè)與交通運輸的發(fā)展，橋梁對交通運輸的發(fā)展具有重大影響，橋梁的跨度增加以及結構的復雜趨勢，使得其安全隱患受到大家更多的關(guān)注，因此我們需要對橋梁進(jìn)行更好的健康監測。橋梁的健康監測實(shí)際上是通過(guò)對橋梁結構的無(wú)損檢測、實(shí)時(shí)監測橋梁的整體結構，對其損傷位置和程度進(jìn)行診斷，為橋梁的維修以及管理提供幫助。 

隨著(zhù)光纖傳感技術(shù)用于復合材料的發(fā)展，把光纖傳感系統埋入水泥結構形成能夠感知應力和斷裂損傷的能力。光纖傳感器因為具有質(zhì)量輕，結構小，信息量大，不受電磁干擾，容易埋入結構等優(yōu)點(diǎn)，可以對橋梁進(jìn)行實(shí)時(shí)的監測和控制，從而實(shí)現對橋梁結構健康監測的目的。目前，最廣泛使用的是光纖光柵型傳感器，是橋梁健康監測系統的重要工具之一。

橋梁的結構健康監測系統，包括測量車(chē)輛荷載、溫度、撓度、應變、主梁振動(dòng)、斜拉索振動(dòng)六個(gè)子系統； 

下面就幾個(gè)具體的橋梁健康監測系統進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

拉索應力監測系統

在斜拉索結構大橋中，大橋的主梁及通過(guò)的汽車(chē)荷載均由拉索承擔，拉索是特別容易產(chǎn)生損傷的結構，其壽命往往比橋梁其他構件的壽命都要短，因此要準確及時(shí)掌握拉索的內力及其變化特征至關(guān)重要。

在天津的永和大橋的監測中，在44組拉索中每組拉索選擇1根作為監測對象布設傳感筋，總計44根智能索。

圖1  永和大橋的結構圖

如下圖2所示光纖光柵智能索內部的結構。其中36根索內只設2個(gè)光纖光柵應變傳感器，另外的8根索中除布設2個(gè)光纖光柵應變傳感器外還布設了1個(gè)溫度補償光纖光柵傳感器。在大橋的拉索檢測系統中選用了GFRP-OFBG復合智能筋，其具有精度高，分辨率高，靈敏度強，反射率大于90%，最重要的是耐久性長(cháng)達25年之久。

   圖2   智能索內部結構

主梁應力監測系統

在橋面主梁的監測中，主梁上不僅要安設光纖光柵應力傳感器還要在特定的位置安裝光纖光柵溫度傳感器，并完成應變傳感器的溫度補償；對主梁結構的溫度場(chǎng)監測是為了將溫度場(chǎng)作為參數，研究溫度應力及溫度導致的結構動(dòng)力特性變化。

圖3  主梁應力監測截面位置

如圖4所示，其中在I、VI截面上分別布設3個(gè)光纖光柵應變傳感器、1個(gè)光纖光柵溫度傳感器和1個(gè)絕對溫度補償傳感器；II、V截面上分別布設5個(gè)光纖光柵應變傳感器、1個(gè)光纖光柵溫度傳感器和1個(gè)絕對溫度補償傳感器。Ⅲ截面布設5個(gè)光纖光柵應變傳感器和2個(gè)光纖光柵溫度傳感器，Ⅳ截面布設5個(gè)光纖光柵應變傳感器和3個(gè)光纖光柵溫度傳感器。

圖4  主梁各截面上的傳感器布設位置

主梁截面的應變監測系統選用的是表面焊接式FRP-OFBG應變傳感器，如圖5所示。這種材料的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、應變測試精度高、耐久性長(cháng)的傳感器。

主梁溫度監測系統選用無(wú)應力影響光纖光柵溫度傳感器。其采用特殊方法封裝，即使埋入結構中也不受外界的應力變化的影響而只反映溫度變化，并且溫度靈敏度與精度高很高，可以很好的監測環(huán)境溫度與結構內溫度變化。

光纖傳感技術(shù)特別是光纖光柵型傳感技術(shù)在橋梁工程領(lǐng)域的顯著(zhù)優(yōu)勢，不僅給橋梁健康監測和安全評估注入了新的活力，而且還為橋梁實(shí)時(shí)監測的發(fā)展帶來(lái)了契機。

光纖傳感器在智能穿戴設備中的應用

如今，光纖傳感器的小型化，也被應用在智能穿戴設備上。長(cháng)時(shí)間的久坐以及不正確的坐姿，在不知不覺(jué)中傷害著(zhù)人們的身體健康。

智能坐墊的主要功能就是坐姿監測提醒。通過(guò)壓力傳感器和光纖傳感器，可以分辨出你現在的坐姿，識別出你是否前傾、后傾，是否久坐。當你長(cháng)時(shí)間坐著(zhù)或者坐姿不標準時(shí)，會(huì )通過(guò)配套的APP提醒你。另外，通過(guò)光纖傳感器，監測心跳、呼吸等數據，可以分析出你現在是否壓力過(guò)大，并給出建議。這一技術(shù)還可以將光纖傳感器植入到座椅、沙發(fā)甚至床墊中，也可以做成智能醫療產(chǎn)品，應用于健康監測領(lǐng)域。

光纖傳感技術(shù)不斷吸取光纖通信的新技術(shù)（如新的半導體光源、新型光纖）、新器件，在如今的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代也將有更廣闊的應用前景，全光物聯(lián)網(wǎng)有望在將來(lái)成為一種新的物聯(lián)網(wǎng)形式。