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光纤传感器的在测量技术中有什么应用

光纤传感器的优点是与传统的各类传感器相比,光纤传感器用光作为敏感信息的载体,用光纤作为传递敏感信息的媒质,具有光纤及光学测量的特点。

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光纤传感器因其独特优势(抗电磁干扰、本质安全、耐腐蚀、可分布式测量、体积小等),在现代测量技术中应用极其广泛。以下是一些主要的应用领域:

  1. 结构健康监测与土木工程:

    • 桥梁、大坝、隧道、建筑物监测: 埋入或粘贴在结构内部/表面,长期、实时监测结构的应变、应力、位移、振动、裂缝发展、沉降、温度变化等。分布式传感(如OTDR/BOTDR, OTDR/BOTDA)特别适合监测大型结构的整体状况。
    • 地基与边坡稳定监测: 监测岩土体内部应变和温度,预警滑坡等地质灾害。
  2. 工业设备状态监测与过程控制:

    • 大型旋转机械(涡轮机、发电机、电机)监测: 精确测量关键部位的振动、温度、应变(如叶片、轴承状态)。
    • 大型容器/管道(石化、电力、化工)监测: 监测压力、温度、应变、液位。耐腐蚀、本质安全特性适用于易燃易爆环境。
    • 复合材料/构件疲劳测试: 内嵌于复合材料中,高精度监测应变分布、温度变化,评估产品性能和寿命。
    • 制造过程监控: 实时监测加工过程中的温度、压力、应变(如焊接、铸造、注塑),优化工艺。
  3. 能源领域:

    • 油气储运安全监测: 沿管道铺设分布式光纤,监测管道泄漏(通过温度异常)、外力破坏、应力应变(清管器跟踪)及油气管线周围温度场变化。
    • 电力设备监测: 监测发电机、变压器绕组热点温度(直接传感不导电),高压开关柜触点温度,高压电缆温度分布与绝缘状态。
    • 智能电网: 监测电力线弧垂、温度、覆冰等状态。
    • 地热与井下监测: 测量井下的温度、压力、声波等参数分布。
  4. 生物医学与生命科学:

    • 医疗设备与体内传感: 微型光纤探头可用于微创或介入式测量,如血压(特别是颅内压、心内压)体温、PH值、血氧饱和度、葡萄糖浓度、血流速度等。抗电磁干扰使其兼容MRI等成像设备。
    • 医疗设备温度监测: 激光治疗、微波消融手术中实时精确测温,防止组织热损伤。
  5. 环境与安防监控:

    • 周界安全: 将传感光纤埋入地下或附着在围栏上,构成无形的警戒线,通过探测振动(如人员攀爬、行走、挖掘)或扰动进行入侵报警(分布式振动传感/DVS)。
    • 管道泄漏与定位: 同能源领域。
    • 火灾报警: 分布式温度传感(DTS)系统能精确探测并定位隧道、电缆廊道、仓库等场所的温度异常(火灾早期)。
    • 环境参数监测: 监测水质参数(浊度、化学物质)、土壤参数(温湿度、污染物)。
  6. 航空航天与交通运输:

    • 飞机结构监测: 监测飞机机翼、机身等关键部位的应变、温度、形变,进行健康管理。
    • 船舶结构监测: 监测船体应力、腐蚀等。
    • 高速列车监测: 监测车辆运行状态、轨道状态、隧道结构安全等。
  7. 科研领域:

    • 高能物理实验: 在强电磁场、辐射环境下测量物理参数(如温度、应变、磁场)。
    • 材料科学研究: 极端环境(高温、高压、强腐蚀)下的性能测试。
    • 地球物理勘探: 海底声纳探测(光纤水听器)、地震波测量(分布式声传感/DAS)。

总结来说,光纤传感器的核心优势在于:

因此,光纤传感器在需要安全可靠长距离多点/分布式高精度抗干扰以及在极端或特殊环境下进行测量的场合,具有突破性的应用价值和广阔前景。

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