一种光纤Bragg光栅传感智能周界围栏报警系统

(1)抗干扰能力更强，有很高的可靠性和稳定性

　　FBG传感器是以光的波长为最小计量单位的，只需要探测到光纤中光栅波长的移动，而与光强无关，对光强的波动不敏感，因而比一般的光纤传感器具有更高的抗干扰能力。FBG传感器是用波长编码的传感器，光源强度的起伏、光纤微弯效应引起的随机起伏、耦合损耗等都不可能影响传感信号的波长特性，因而该传感系统具有很高的可靠性和稳定性。

　　(2)测量灵敏度高、分辨率高、精度高，具有良好的重复性

　　光纤布喇格光栅(FBG)传感器，明显优于普通光纤传感器的地方是它的传感信号为波长调制，因而其测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和测量仪器老化等因素影响，所以测量结果具有良好的重复性。并且，由于它是以光的波长为最小计量单位的，而目前对FBG波长移动的探测达到了pm量级的高分辨率，因而具有比传统光纤传感器的测量灵敏度高、精度高的特点。

　　(3)动态范围大、线性好，能自定标，可用于对外界参量的绝对测量

　　光纤Bragg光栅传感器，由于拉、压应力都能对其产生Bragg波长的变化，因此该传感器在结构检测中具有优异的变形匹配特性，其动态范围大（达10000×10-6ε）和线性度好。

　　并且，光纤Bragg光栅传感器避免了一般干涉型传感器中相位测量的不清晰和对固定参考点的需要，在对光纤Bragg光栅进行自标定后，能实现对外界参量变化的长期绝对测量。

　　(4)能在同一根光纤内集成多个传感器复用，便于构成各种形式的光纤传感网络

　　光纤Bragg光栅传感非常适于作成多路复用式和分布式的光纤传感器，因为它有易于在同一根光纤内集成多个传感器复用的特点。图3所示即为光纤光栅传感器在一根光纤内实现多点测量的示例。如美国的MICRON-OPTICS公司所研制的FBG应用系统Si425，可同时测量多达4路512个FBG传感器，扫描范围50nm、分辨率1pm、测量频率可达244Hz。

图3、利用单根光纤实现多点的分布式测量

　　FBG型分布式传感系统在应力多点分布式测量中有独到的优点，可同时完成温度和应力的双参量测量，为FBG应用开辟了更为广阔的前景。图4介绍了采用WDM/TDM解调的FBG阵列的拓扑结构。显然，这种光纤光栅传感器，便于构成各种形式的光纤传感网络。

图4、采用WDM/TDM的FBG阵列的拓扑结构

　　(5)便于远距离(达5km以上)监测桥梁等建筑物，能预/报警而使系统实现智能化

　　在光纤光栅应变测试系统中，光纤光栅传感器获取的稳定、高精度的应变信号，通过光缆远程传输送入调制调解器，然后直接输入计算机信息处理系统。这样，可利用桥梁等建筑物结构状况评估的专家系统，对桥梁等结构作出安全（正常）和不安全就预/报警的评价，而使系统实现智能化。同时，还能将评估报告或桥梁等的健康状况信息通过互联网及时传输至桥梁等管理部门，从而可实现结构在线健康监测的信息化管理。并且，桥梁等现场到解调仪之间仅需一根光缆连接，其距离可达5km以上，能实现桥梁的分布测量和集中监测处理。

　　(6)结构简单、寿命长，便于维护保养、便于扩展与安装

　　传感探头结构简单、尺寸小，因其外径和光纤本身等同，也便于扩展与安装，并适合各种应用场合。并且，传感系统自身运行可靠、传感元件寿命长，其解调器及后续的处理设备可置于集中监控室，避免了仪器在现场难于保护的缺点，便于保养和维修，从而提高了监测系统的可靠性和易维护性。

　　(7)光栅的写入工艺已较成熟，便于形成规模生产

　　目前，光纤Bragg光栅通过紫外写入的方法已较成熟，这种紫外写入使外界入射光子和纤芯内的掺杂粒子相互作用，导致纤芯折射率沿纤轴方向周期性或非周期性的永久性变化，从而较容易在纤芯内形成空间相位光栅，因而也便于形成规模生产。

　　(8)便于作成智能传感器，应用非常广泛

　　光纤光栅传感器可拓展的应用领域有许多，如将分布式光纤光栅传感器嵌入材料中形成智能材料，而便于作成智能传感器。智能材料是指将敏感元件嵌入被测构件机体和材料中，从而在构件或材料常规工作的同时实现对其安全运转、故障等的实时监控。其中，光纤和电导线与多种材料的有效结合是关键问题之一，尤其是实现与纺织材料的自动化编织。图5展示了一件嵌入光纤和电导线的背心。其中光纤和电导线的嵌入均已实现了自动化，为智能型服装的商业化解决了又一难题。

　　光纤Bragg光栅传感器，可对大型构件的载荷、应力、温度和振动等参数进行实时安全监测；光栅也可以代替其它类型结构的光纤传感器，用于化学、压力和加速度传感中。

　　当前，光纤光栅传感器被普遍认为是实现“光纤灵巧结构”、“光纤机敏材料”的理想器件。它在航空航天器、石油化学工业设备、电力设备、船舶结构、建筑结构、桥梁结构、医疗器具、核反应堆结构等都有广泛的应用。

图5、智能背心