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摘要：对于光纤传感器技术快速的发展，凭借特有的性能，被人们广泛的应用。随着制造业的快速发展和光学理论的不断更新，就出现了很多不同调制类型的光纤传感器技术，本文在研究光纤时域反射仪的基本原理光纤的微弯损耗机理的基础上，开发一种用光时域反射仪进行探测的分布式光纤应力传感器，分析系统的灵敏度和空间分辨率的影响因素。
关键词：分布式；光纤；微弯压力；传感器；研究
一、光纤传感器发展及应用
光纤是一种能传播光的介质，被广泛的应用在通讯、医学、图像传输、工业和军事等各领域，对于光纤具有电绝缘性能好、不受电磁干扰、无火花、能在易燃易爆的环境中使用等优点，使得人们越来越重视，各种光纤传感器也都相继问世，基于光纤微弯损耗原理的光纤微弯传感器是在1980年被提出的，从那以后人们在不断的研究光纤微弯传感器机理、提高动态测试范围和灵敏度、减少不必要的敏感变化方面做了大量的工作，光纤微弯传感器最在用在美国的海军研究所研制的光纤水听器系统中，除了具有一般光纤传感器的优点，光纤微弯传感器需要部件很少、造价低、容易装配，对于易燃易爆环境下的气体或液体压力的实时测试，研制一种实用型的光纤微弯压力传感器，尤其是能组成分布式光纤测试系统的传感器。
光纤除了能作为传输光的介质外，具有传感功能，光纤是新兴传感元件，可以测量多种物理量，温度、应变、压力、位移和加速度等物理量的测量应用在实际中，光纤传感器技术涉及到光学、通讯学和电子技术等多学科，通过人们不断的研究，研制出水下探测器、核辐射监测器、航空监测器和光纤陀螺，光纤传感器可以应用在电力系统中电压、电流和温度检测、重要桥梁建筑健康检测、石油开采、生物医药和地震探测等。
二、传感器的基本结构
对于传感器的基本结构为：隔离膜片和平膜片焊接密封在壳体上，之间充满硅油，微弯探头的动齿板粘接在平膜片的硬中心处，定齿板粘接在固定平台上，通过调节螺杆可以调节定齿板的位置，可以调节传感器的零位。动齿板的两端比齿区处稍突出，加工成V字形，当压力过载的时候，动齿板的两端顶在定齿板两端的平面上，阻止齿端继续压迫光纤，传感器的壳体采用高强度的金属制成。
三、分布式光纤测量
对于光纤传感器系统可以分为点式、分布式和准分布式三种，其中分布式传感器就是基于光时域分析和光频域分析等技术实现空间连续位置的测量，测量的分辨率小于1m，可埋入大坝、桥梁等重要建筑中测量其中的应力应变。光纤分布式测量就是在空间位置上进行连续性的测量，光子啊光纤中传播的时候会产生三种散射，其中分别为布里渊散射、瑞利散射、拉曼散射，瑞利散射对于温度的敏感度很低，布里渊信造比很高，拉曼散射检测利用两束反射光的光强比来检测外界的扰动量，对于布里渊散射是根据散射光与入射光频移随着外界扰动量原理来检测，瑞利散射根据散射光偏振方向改变程度与外界扰动大小有关原理进行检测。
当脉冲光经过光纤的时候，会使得光纤内发生散射现象，散射会随着外界扰动的大小发生改变，光纤入射端加一光强接收装置检测外界扰动的大小程度，为了可以实现分布式的测量，光强接收装置检测一个脉冲周期内某些时刻对应的光强，形成了以时间和光强的关系，要求检测设备检测的速度要快，利用这一传感器可以检测压力传感，分析装置为光时域分析仪器，整个系统对光源和检测电路设计较为复杂，分布式测量是基于光时域分析技术，主要是由光在光纤中散射完成的，对于桥梁大坝等进行安全性检测，需要很长的距离测量，分布式光纤传感器可以很好的测量。
四、传感器的工作原理
根据以上可以表明空间周期 与模的阶数间存在关系，对于齿形压板的空间周期等于 时，两模之间的耦合，可以使得传感器的灵敏度很高，所以可以通过增加齿数或者是变形区的长度提高灵敏度。
六、OTDR探测系统
对于OTDR系统是由光路和信号处理与控制电路组成，OTDR的光路由激光器、Y型光纤分离器、敏感光纤、探测器构成，由于OTDR传感器的空间分辨率与系统的动态范围矛盾，要获得高空间分辨率和大动态范围必须使用大功率的半导体激光器。对于敏感光纤使用通信用的标准单模光纤，探测器选用干灵敏度的PIN-FET组件。OTDR的信号处理与控制电路由激光器的脉冲驱动源、信号放大电路、A/D转换器、控制单元、显示器等组成，信号处理通道的带宽对空间分辨率有很大的影响。所以系统采用的是低噪声100M宽带放大器和100M的A/D转换器组成数据采集通道。用1块嵌入式CPU板作为控制中心，组成便携式的分布式光纤应力传感器。
七、实验结果与分析
对于系统的动态范围可以通过提高光脉功率和光接收机的接收灵敏度来提高，对于PIN-FET组件的优化设计可以有效的提高接收的灵敏度，结合探测后处理方法，对于多次测量平均可极大的改善系统的动态范围。在实际的测量中，一般需要光脉冲的宽度来保证空间分辨率，通过加大光脉冲的功率和增加平均测量的次数来提高系统的动态范围。
结语：
基于光时域反射法的分布式光纤应力传感器可以应用在地质、工程灾害监测等，只要可以提高A/D的转换速率，就能提高空间分辨率，改变传感头的结构，可以用在位移、温度等分布式的测量，不断的改进提高传感器的空间分辨率，在实际对飞机机身的金属应力检测，防止灾难性的事故发生，有效的做好预防工作。
参考文献
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论文作者:张运锋
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第7期
论文发表时间:2017/9/5
标签：光纤论文; 传感器论文; 分布式论文; 测量论文; 时域论文; 系统论文; 灵敏度论文; 《电力设备管理》2017年第7期论文;