光纖傳感與傳統(tǒng)技術

應變計和熱電偶長期以來一直是測試過程中測量應變和溫度的標準。盡管這些技術已經(jīng)存在了數(shù)十年，但它們并不總是能夠有效地測試和監(jiān)控當今的創(chuàng)新。遺留技術的局限性與準確性無關，而主要與數(shù)據(jù)提供的洞察力水平有關。應變計和熱電偶僅提供信息點，而某些類型的光纖傳感器可沿光纖的整個長度提供空間連續(xù)的數(shù)據(jù)。因此，工程師可以測量結構上的應變場和溫度分布，以便更好地了解組件在不同條件下的行為。點傳感器只允許工程師監(jiān)控關鍵點，分布式（空間連續(xù)數(shù)據(jù)）傳感器可以測量關鍵點和兩者之間發(fā)生的事情。在設計新的復合材料時，這種洞察力是非常寶貴的。另外，光纖傳感器可以嵌入材料中，以便更好地了解復合部件和結構的內部行為。

光纖傳感基礎知識

固有的光纖傳感技術，其中光纖電纜本身就是傳感器。在內在傳感器的劃分中，一般來說，有三代技術：基于點光纖布拉格光柵（FBG）的傳感器，散射和基于空間連續(xù)的FBG。散射技術采用完全分布式測量，而FBG技術可以具有少量感測點或完全分布，這取決于系統(tǒng)如何解釋來自傳感元件的信號。

FBG充當微小的鏡子，并被制造成光纖的核心。當光沿著光纖傳播時，每個光柵將一部分信號反射回系統(tǒng)。系統(tǒng)識別返回信號的變化并解釋該信息以提供準確的應變和溫度測量。大多數(shù)基于FBG的系統(tǒng)沿每根光纖都有一些感應點。雖然這種多路復用功能是傳統(tǒng)技術的一大進步，但它仍然無法提供關鍵區(qū)域之間監(jiān)控所需的傳感器密度。點FBG傳感器的一些優(yōu)勢包括精度，執(zhí)行動態(tài)測試的能力以及高速數(shù)據(jù)采集。

散射技術根本不使用FBG，而是依賴于光纜中的缺陷來獲得讀數(shù)。目前，傳感系統(tǒng)中使用了三種不同類型的散射技術，每種技術都具有不同的功能。一般而言，基于散射的光纖傳感系統(tǒng)受益于分布式數(shù)據(jù)和長傳感長度。然而，它們具有低數(shù)據(jù)保真度，數(shù)分鐘量級的非常慢的數(shù)據(jù)采集速率，并且易受振動限制它們進行靜態(tài)操作。

采用的技術融合了FBG點傳感器和基于散射的系統(tǒng)的優(yōu)勢。使用FBG作為光纖中的傳感元件，但是沿著光纖的整個長度連續(xù)刻錄它們。這與用于解釋信號的技術一起使我們的平臺能夠采用空間連續(xù)數(shù)據(jù)，同時保留使用FBG所提供的精度，動態(tài)測試和高采集速率。這使工程師能夠在靜態(tài)或動態(tài)環(huán)境中獲得全應變場，溫度梯度和其他參數(shù)的精確測量。使用光纖提供的分布式應變數(shù)據(jù)，平臺還可以測量內部和外加載荷，偏轉，3D形狀和液位。

分布式應變和溫度傳感技術使用數(shù)千個傳感器的光來測試和測量材料的完整性，并提高各行業(yè)系統(tǒng)的安全性和性能。通過利用系統(tǒng)，工程師可以在苛刻的環(huán)境中收集和分析材料和結構數(shù)據(jù)。這有助于解決全球范圍內的問題，并鼓勵設備的可持續(xù)開發(fā)，運營和維護

傳感器市場處于從點傳感器到分布式傳感器和智能數(shù)據(jù)采集設備的轉變的尖端，這些設備一次可以測量多個參數(shù)。現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集硬件能夠支持多種傳感器類型，然而，電纜的重量和傳感器的繁瑣安裝使得傳統(tǒng)解決方案的部署變得麻煩。多傳感平臺簡而言之，傳感器技術可以同時監(jiān)控多個參數(shù)（應變，溫度，偏轉等），并且足夠強大，可以在整個組織的多個應用程序中部署，并在整個產品生命周期中使用。它不僅僅是能夠使用相同的數(shù)據(jù)采集硬件監(jiān)控不同的參數(shù)。更重要的是，多傳感平臺可以整合傳感技術，因此相同的硬件（應用技術的微小變化）可以適應組織的多個測試和監(jiān)控需求。為了實現(xiàn)這一點，傳感系統(tǒng)必須實時獲得空間連續(xù)信息，能夠進行動態(tài)測量，能夠容易地與網(wǎng)絡集成并在實驗室或惡劣環(huán)境中表現(xiàn)良好。