一種光纖Bragg光柵傳感智能周界圍欄報警系統

(1)抗干擾能力更強，有很高的可靠性和穩定性

　　FBG傳感器是以光的波長為最小計量單位的，只需要探測到光纖中光柵波長的移動，而與光強無關，對光強的波動不敏感，因而比一般的光纖傳感器具有更高的抗干擾能力。FBG傳感器是用波長編碼的傳感器，光源強度的起伏、光纖微彎效應引起的隨機起伏、耦合損耗等都不可能影響傳感信號的波長特性，因而該傳感系統具有很高的可靠性和穩定性。

　　(2)測量靈敏度高、分辨率高、精度高，具有良好的重復性

　　光纖布喇格光柵(FBG)傳感器，明顯優于普通光纖傳感器的地方是它的傳感信號為波長調制，因而其測量信號不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和測量儀器老化等因素影響，所以測量結果具有良好的重復性。并且，由于它是以光的波長為最小計量單位的，而目前對FBG波長移動的探測達到了pm量級的高分辨率，因而具有比傳統光纖傳感器的測量靈敏度高、精度高的特點。

　　(3)動態范圍大、線性好，能自定標，可用于對外界參量的絕對測量

　　光纖Bragg光柵傳感器，由于拉、壓應力都能對其產生Bragg波長的變化，因此該傳感器在結構檢測中具有優異的變形匹配特性，其動態范圍大（達10000×10-6ε）和線性度好。

　　并且，光纖Bragg光柵傳感器避免了一般干涉型傳感器中相位測量的不清晰和對固定參考點的需要，在對光纖Bragg光柵進行自標定后，能實現對外界參量變化的長期絕對測量。

　　(4)能在同一根光纖內集成多個傳感器復用，便于構成各種形式的光纖傳感網絡

　　光纖Bragg光柵傳感非常適于作成多路復用式和分布式的光纖傳感器，因為它有易于在同一根光纖內集成多個傳感器復用的特點。圖3所示即為光纖光柵傳感器在一根光纖內實現多點測量的示例。如美國的MICRON-OPTICS公司所研制的FBG應用系統Si425，可同時測量多達4路512個FBG傳感器，掃描范圍50nm、分辨率1pm、測量頻率可達244Hz。

圖3、利用單根光纖實現多點的分布式測量

　　FBG型分布式傳感系統在應力多點分布式測量中有獨到的優點，可同時完成溫度和應力的雙參量測量，為FBG應用開辟了更為廣闊的前景。圖4介紹了采用WDM/TDM解調的FBG陣列的拓撲結構。顯然，這種光纖光柵傳感器，便于構成各種形式的光纖傳感網絡。

圖4、采用WDM/TDM的FBG陣列的拓撲結構

　　(5)便于遠距離(達5km以上)監測橋梁等建筑物，能預/報警而使系統實現智能化

　　在光纖光柵應變測試系統中，光纖光柵傳感器獲取的穩定、高精度的應變信號，通過光纜遠程傳輸送入調制調解器，然后直接輸入計算機信息處理系統。這樣，可利用橋梁等建筑物結構狀況評估的專家系統，對橋梁等結構作出安全（正常）和不安全就預/報警的評價，而使系統實現智能化。同時，還能將評估報告或橋梁等的健康狀況信息通過互聯網及時傳輸至橋梁等管理部門，從而可實現結構在線健康監測的信息化管理。并且，橋梁等現場到解調儀之間僅需一根光纜連接，其距離可達5km以上，能實現橋梁的分布測量和集中監測處理。

　　(6)結構簡單、壽命長，便于維護保養、便于擴展與安裝

　　傳感探頭結構簡單、尺寸小，因其外徑和光纖本身等同，也便于擴展與安裝，并適合各種應用場合。并且，傳感系統自身運行可靠、傳感元件壽命長，其解調器及后續的處理設備可置于集中監控室，避免了儀器在現場難于保護的缺點，便于保養和維修，從而提高了監測系統的可靠性和易維護性。

　　(7)光柵的寫入工藝已較成熟，便于形成規模生產

　　目前，光纖Bragg光柵通過紫外寫入的方法已較成熟，這種紫外寫入使外界入射光子和纖芯內的摻雜粒子相互作用，導致纖芯折射率沿纖軸方向周期性或非周期性的永久性變化，從而較容易在纖芯內形成空間相位光柵，因而也便于形成規模生產。

　　(8)便于作成智能傳感器，應用非常廣泛

　　光纖光柵傳感器可拓展的應用領域有許多，如將分布式光纖光柵傳感器嵌入材料中形成智能材料，而便于作成智能傳感器。智能材料是指將敏感元件嵌入被測構件機體和材料中，從而在構件或材料常規工作的同時實現對其安全運轉、故障等的實時監控。其中，光纖和電導線與多種材料的有效結合是關鍵問題之一，尤其是實現與紡織材料的自動化編織。圖5展示了一件嵌入光纖和電導線的背心。其中光纖和電導線的嵌入均已實現了自動化，為智能型服裝的商業化解決了又一難題。

　　光纖Bragg光柵傳感器，可對大型構件的載荷、應力、溫度和振動等參數進行實時安全監測；光柵也可以代替其它類型結構的光纖傳感器，用于化學、壓力和加速度傳感中。

　　當前，光纖光柵傳感器被普遍認為是實現“光纖靈巧結構”、“光纖機敏材料”的理想器件。它在航空航天器、石油化學工業設備、電力設備、船舶結構、建筑結構、橋梁結構、醫療器具、核反應堆結構等都有廣泛的應用。

圖5、智能背心