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光栅传感器的应用领域
- 2019-12-10-

光栅传感器的应用领域

光栅传感器以其精度高、动态测量范围广、非接触测量、易于实现系统的自动化和数字化等优点,在机械工业中得到了广泛的应用

光栅传感器在航空航天器及船舶中的应用

先进的复合材料抗疲劳、抗腐蚀性能较好,而且可以减轻船体或航天器的重量,对于快速航运或飞行具有重要意义,因此复合材料越来越多地被用于制造航空航海工具(如飞机的机翼)。

为全面衡量船体的状况,需要了解其不同部位的变形力矩、剪切压力、甲板所受的抨击力,普通船体大约要100个传感器,因此波长复用能力极强的光纤光栅传感器最适合于船体检测。

光纤光栅传感系统可测量船体的弯曲应力,而且可测量海浪对湿甲板的抨击力。具有干涉探测性能的16路光纤光栅复用系统成功实现了带宽为5kHz范围内、分辨率小于10ne/(Hz)1/2的动态应变测量。

另外,为了监测一架飞行器的应变、温度、振动,起落驾驶状态、超声波场和加速度情况,通常需要100多个传感器,故传感器的重量要尽量轻,尺寸尽量小,因此最灵巧的光纤光栅传感器是最好的选择。

另外,实际上飞机的复合材料中存在两个方向的应变,嵌人材料中的光纤光栅传感器是实现多点多轴向应变和温度测量的理想智能元件。

光栅传感器在民用工程结构中的应用

民用工程的结构监测是光纤光栅传感器最活跃的领域。对于桥梁、矿井、隧道、大坝、建筑物等来说,通过测量上述结构的应变分布,可以预知结构局部的载荷及状况,方便进行维护和状况监测。

光纤光栅传感器可以贴在结构的表面或预先埋入结构中,对结构同时进行冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等,还以监视结构的缺陷情况。另外,多个光纤光栅传感器可以串接成一个传感网络,对结构进行准分布式检测,并通过计算机对传感信号进行远程控制。

光纤光栅传感器可以检测的建筑结构之一为桥梁。应用时,一组光纤光栅被粘于桥梁复合筋的表面,或在梁的表面开一个小凹槽,使光栅的裸纤芯部分嵌进凹槽中(便于防护)。

如果需要更加完善的保护,则最好是在建造桥时把光栅埋进复合筋。同时,为了修正温度效应引起的应变,可使用应力和温度分开的传感臂,并在每一个梁上均安装这两个臂。

光栅传感器在电力工业中的应用

光纤光栅传感器因不受电磁场干扰和可实现长距离低损耗传输,从而成为电力工业应用的理想选择。电线的载重量、变压器绕线的温度、大电流等都可利用光纤光栅传感器测量。

在电力工业中,电流转换器可把电流变化转化为电压变化,电压变化可使压电陶瓷(PZT)产生形变,而利用贴于PZT上的光纤光栅的波长漂移,很容易得知其形变,进而测知电流强度。这是一种较为廉价的方法,并且不需要复杂的电隔离。

另外,由大雪等对电线施加的过量的压力可能会引发危险事件,因此在线检测电线压力非常重要,特别是对于那些不易检测到的山区电线。

光纤光栅传感器可测电线的载重量,其原理为把载重量的变化转化为紧贴电线的金属板所受应力的变化,这一应力变化即可被粘于金属板上的光纤光栅传感器探测到。

这是利用光纤光栅传感器实现远距离恶劣环境下测量的实例,在这种情况下,相邻光栅的间距较大,故不需快速调制和解调。