《光纤传感技术》课件.ppt

*************************************光纤传感器在安防领域的应用周界安全监测分布式光纤传感系统是实现长距离周界安全监测的理想技术。通过埋设或附着在围栏上的光纤传感电缆，结合分布式声波传感(DAS)技术，可实时探测围墙攀爬、地面挖掘、车辆靠近等入侵行为，并准确定位干扰位置。这种系统覆盖范围广、无需外部电源、不受电磁干扰，特别适合机场、能源设施、军事基地等重要场所的周边安全防护。结构安全监测大型公共建筑、体育场馆和重要基础设施的结构安全监测是安防体系的重要组成部分。光纤传感网络可嵌入或附着在这些结构上，监测结构变形、裂缝发展和振动特性等参数，及早发现潜在安全隐患。在地震、台风等自然灾害期间，实时结构监测数据还可为应急决策提供科学依据。火灾探测分布式光纤温度传感(DTS)系统在火灾早期探测方面具有独特优势。与传统点式火灾探测器相比，DTS系统能沿探测区域全程提供连续温度分布信息，发现异常温升，及早报警。这种系统特别适合隧道、地铁、电缆沟等密闭空间和大型仓库、油库等高风险场所的火灾监测，能显著提高火灾探测的可靠性和时效性。环境威胁监测光纤化学传感器和光纤气体传感器可用于检测空气中的有毒有害物质，为反恐和公共安全提供支持。这些传感器能探测化学战剂、工业毒气和爆炸物前体，并通过传感网络实现大范围监测。在化工区、交通枢纽和大型公共活动场所部署这类系统，可有效防范化学恐怖袭击和危险物质泄漏事件。光纤水听器技术工作原理光纤水听器是一种基于光纤传感原理的水下声学传感器，能探测水下声波信号。其基本原理是利用声波产生的压力变化引起光纤相位、偏振或波长的微小变化，通过高精度光学解调系统将这些变化转换为声波信号。常见的光纤水听器包括干涉型、光纤布拉格光栅型和法布里-珀罗型等。技术特点与传统压电水听器相比，光纤水听器具有多项优势：更宽的频率响应范围(通常为1Hz-100kHz)，能同时探测低频和高频声波；更高的灵敏度，可达-180dBre1V/μPa以上；更低的自噪声水平；全光路设计，不受电磁干扰，无需水下电力供应；传感单元可串联组网，便于构建大规模水听器阵列。应用领域光纤水听器广泛应用于海洋声学和海洋安全领域。在海军领域，用于水下目标探测、舰艇噪声监测和反潜作战；在海洋科学领域，用于海洋环境声学研究、海洋哺乳动物监测和地震观测；在海洋工程领域，用于海底管道泄漏检测和海上平台安全监测；在海洋资源勘探领域，用于海洋地震勘探和海底矿产探测。发展趋势光纤水听器技术正向着更高灵敏度、更小体积、更低成本方向发展。新型光子晶体光纤和微腔结构被引入以提高灵敏度；集成光学技术用于缩小传感单元尺寸；先进的信号处理算法用于提升目标识别和定位精度。此外，与分布式光纤传感技术结合，发展出全分布式水下声场监测系统，已成为研究热点。光纤陀螺仪技术工作原理光纤陀螺仪(FOG)是基于Sagnac效应的旋转传感器。当光在闭合光路中传播时，如果光路发生旋转，顺时针和逆时针传播的光波会产生相位差，这个相位差与旋转角速度成正比。光纤陀螺仪通过测量这个相位差来探测旋转运动。典型的FOG结构包括光源、光纤环路、相位调制器和光电探测器等部分。性能指标光纤陀螺仪的关键性能指标包括零偏稳定性、随机游走系数、标度因数稳定性和动态范围等。根据性能水平，FOG可分为战术级(1°/h)、导航级(0.01°/h)和战略级(0.001°/h)三类。影响FOG性能的主要因素包括光源相干性、环路对称性、温度稳定性和振动敏感性等。高性能FOG需要精密的温度控制和先进的信号处理技术。应用领域光纤陀螺仪广泛应用于导航与定位系统。在国防领域，用于导弹制导、无人机导航和舰船惯性导航系统；在航空航天领域，用于飞机姿态控制、卫星稳定平台和深空探测器；在民用领域，用于自动驾驶汽车、海洋勘探设备和石油钻井导向系统。随着性能提升和成本降低，FOG正逐步替代机械陀螺应用于更多场景。光纤加速度传感器基本结构光纤加速度传感器通常由质量块、弹性元件和光纤传感部分组成。当传感器受到加速度作用时，质量块产生惯性力，通过弹性元件转化为位移或应力，再由光纤传感元件将这些物理量转换为光信号的变化。常见的光纤加速度传感器包括干涉型、光栅型和光强调制型等多种结构形式。微型化设计随着MEMS技术和微加工技术的发展，光纤加速度传感器正向微型化方向发展。微机械光纤F-P腔加速度传感器将质量块、弹性梁和F-P腔集成在一个微型结构中，体积小巧同时保持高灵敏度。新型光子晶体光纤和微腔结构的引入进一步提高了传感器的性能，同时降低了尺寸。应用领域光纤加速度传感器在结构振动监测、地震监测和航天器姿态控制等领