东营黄河公路大桥光纤光栅传感网络研究
光纤光栅原理及应用
光纤光栅传感器原理及应用（武汉理工大学）1光纤光栅传感原理光纤光栅就是利用紫外光曝光技术，在光纤中产生折射率的周期分布，这种光纤内部折射率分布的周期性结构就是光纤光栅。
光纤布喇格光栅（Fiber Bragg grating ，FBG ）在目前的应用和研究中最为广泛。
光纤布喇格光栅，周期0.1微米数量级。
FBG 是通过改变光纤芯区折射率，周期的折射率扰动仅会对很窄的一小段光谱产生影响，因此，如果宽带光波在光栅中传输时，入射光将在相应的波长上被反射回来，其余的透射光则不受影响，这样光纤光栅就起到了波长选择的作用，如图1。
图1 FBG 结构及其波长选择原理图在外力作用下，光弹效应导致折射率变化，形变则使光栅常数发生变化；温度变化时，热光效应导致折射率变化，而热膨胀系数则使光栅常数发生变化。
（1）光纤光栅应变传感原理光纤光栅反射光中心波长的变化反映了外界被测信号的变化情况，在外力作用下，光弹效应导致光纤光栅折射率变化，形变则使光栅栅格发生变化，同时弹光效应还使得介质折射率发生改变，光纤光栅波长为1300nm ，则每个με将导致1.01pm 的波长改变量。
（2）光纤光栅温度传感原理光温度变化时，热光效应导致光纤光栅折射率变化，而热膨胀系数则使光栅栅格发生变化。
光纤光栅中心波长为1300nm ，当温度变化1摄氏度时，波长改变量为9.1pm 。
反射光谱入射光谱投射光谱入射光反射光投射光包层纤芯光栅光栅周期2光纤光栅传感器特点利用光敏元件或材料，将被测参量转换为相应光信号的新一代传感技术，最大特点就是一根光纤上能够刻多个光纤光栅，如图2所示。
光纤光栅传感器可测物理量：温度、应力/应变、压力、流量、位移等。
图2 光纤光栅传感器分布式测量原理光纤光栅的特点： ● 本质安全，抗电磁干扰● 一纤多点（20-30个点），动态多场：分布式、组网测量、远程监测 ● 尺寸小、重量轻； ● 寿命长: 寿命 20 年以上3目前我校已经开展的工作（部分）3.1 基于光纤光栅传感的旋转传动机械动态实时在线监测技术与系统利用光纤光栅传感技术的特性，实现转子运行状态的非接触直接测量。
光栅布拉格光栅及其传感特性研究
光栅布拉格光栅及其传感特性研究2一光纤光栅概述21.1 光纤光栅的耦合模理论21.2 光纤光栅的类型31.2.1 均匀周期光纤布拉格光栅31.2.2 线性啁啾光纤光栅31.2.3 切趾光纤光栅31.2.4 闪耀光纤光栅41.2.5 相移光纤光栅41.2.6 超结构光纤光栅41.2.7 长周期光纤光栅4二光纤布拉格光栅传感器52.1 光纤布拉格光栅应力传感器52.2 光纤布拉格光栅温度传感器62.3 光纤布拉格光栅压力传感器62.4 基于双折射效应的光纤布拉格光栅传感器7三光纤光栅传感器的敏化与封装103.1 光纤光栅传感器的温度敏化103.2 光纤光栅传感器的应力敏化103.2 光纤光栅传感器的交叉敏感及其解决方法10四光纤光栅传感网络与复用技术104.1 光纤光栅传感网络常用的波分复用技术114.1.1 基于波长扫描法的波分复用技术124.1.2 基于波长分离法的波分复用技术134.1.3 基于衍射光栅和CCD阵列的复用技术134.1.4 基于码分多址(CDMA)和密集波分复用(DWDM)技术144.2光纤光栅传感网络常用的空分复用技术144.3光纤光栅传感网络常用的时分复用技术164.4 光纤光栅传感网络的副载波频分复用技术184.4.1 光纤光栅传感副载波频分复用技术184.4.2 FBG传感网络的光频域反射复用技术184.5 光纤光栅传感网络的相干复用技术184.6 混合复用FBG传感网络184.6.1 WDM/TDM混合FBG网络184.6.2 SDM/WDM混合FBG网络184.6.3 SDM/TDM混合FBG网络184.6.4 SDM/WDM/TDM混和FBG网络184.6.5 光频域反射复用/波分复用混合FBG传感网络18五光栅光栅传感信号的解调方法18六激光传感器18光栅布拉格光栅及其传感特性研究一 光纤光栅概述1.1 光纤光栅的耦合模理论光纤光栅的形成基于光纤的光敏性，不同的曝光条件下、不同类型的光纤可产生多种不同的折射率分布的光纤光栅。
光纤光栅轴向应力传感模型的研究
度 系数 的理论 值 ，并对轴向应力作 用下光纤光栅 的传 感特性进行 了实验研 究 ，对 比分析 了理论 与实验结果 ，讨论 了光纤的
力学参数 对光纤光栅 应力传感特性的影响 。
关键词 ：光纤光栅 ； 光纤传 感器； 应 力传 感
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ．１ Ｎ９ ９１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １７ ．２ ８２ ０ ）２０ ３ ．３ ６ ２５ ９ （０ ７０ ．０ ５０
光纤光栅传感器
光纤光栅监测报警系统结构示意图
使
用
FBG探头
连接光缆
现
场
光连接器
控 显示仪表 制 室 内
计算机
调制解调器
传输光缆
3 、光纤布喇格光栅解调原理
光纤布喇格光栅的解调有多种方法，下面介绍匹 配光纤光栅解调法。匹配光纤光栅检测信号的 基本原理如下图所示，其中左图为传感光栅与 解调光栅的配置，右图为两光栅的反射谱及检 测到的信号．
当两光栅反射谱重叠面积较大时，探测器探测到 的光信号较大，反之则较小，即检测器检测到 的光强是检测光纤光栅 FBG1和匹配光纤光栅 FBG2两个光谱函数的卷积。随着 FBG1上的微 扰，在 FBG2的反射谱中可检测到相对应的一定 光强度的光信号。
F-P腔波长滤波解调原理
法布里—珀罗腔(F-P腔)的光学原理是多光束干
* 光纤光栅传感器
• 光纤光栅传感器(FBG)是利用 Bragg波长 对温度、应力的敏感特性而制成的一种 新型的光纤传感器。
光纤光栅工作原理
感光折射率 n 包层折射率 n2
包层
芯层折射率 n1
λ1 λ2 …λn
λ2 …λn
Λ
λ1
芯层
相位掩模板
紫外掩模写入法
+1级
-1级
包层 芯层
1 、光纤布喇格光栅原理
对包含有φ(z)的非正弦分布也进行了类似于周期 函数的傅里叶展开可以得到光栅区的实际折射 率分布为
该式即为光纤布喇格光栅的折射率调制函数，它 给出了光纤光栅的理论模型，是分析光纤光栅 特性的基础。
2 、光纤布喇格光栅传感原理 光纤光栅纤芯中的折射率调制周期由下式
给出：
这里λUV是紫外光源波长， θ是两相干光束之间的 夹角。
光纤光栅
光纤光栅与结构集成工艺原理方法及国内外研究现状概述 概述光纤传感器种类繁多，能以高分辨率测量许多物理参数，与传统的机电类传感器相比具有很多优势，如：本质防爆、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便等，因此其应用范围非常广泛，并且特别适于恶劣环境中的应用。
但是因为裸光纤纤细、质脆、尤其是剪切能力差，直接将光纤光栅作为传感器在工程中遇到了铺设工艺上的难题。
因此，对裸FBG 进行封装，是将FBG 传感器在实际应用中推广的一个重要环节，对于研制满足航空航天领域需要的体积小、质量轻FBG 传感器具有重要意义。
一、光纤光栅工作原理光纤光栅的最基本原理是相位匹配条件：β1、β2是正、反向传输常数，Λ是光纤光栅的周期，在写入光栅的过程中确定下来。
当一束宽谱带光波在光栅中传输时，入射光在相应的频率上被反射回来，其余的不受影响从光栅的另外一端透射出来。
光纤光栅起到了光波选频的作用，反射的条件称为布拉格条件。
由光纤光栅相位匹配条件得到反射中心波长（布拉格波长）表达式：二、光纤光栅的写入2.1 短周期光纤光栅的写制内部写入法(又称驻波法) 将波长488nm 的基模氢离子激光从一个端面祸合到锗掺杂光纤中，经过光纤另一端面反射镜的反射，使光纤中的入射和反射激光相干涉形成驻波。
由于纤芯材料具有光敏性，其折射率发生相应的周期变化，于是形成了与干涉周期一样的立体折射率光栅。
此方法是早期使用的，该方法要求122πββ-=ΛΛ=n B 2λ锗含量很高，芯径很小，并且只能够制作布拉格波长与写入波长相同的光纤光栅，因此目前很少被采用。
全息成删法(又称外侧写入法) 1989年，Meltz等人首次用此方法制作了横向侧面曝光的光纤光栅。
用两束相干紫外光束在掺锗光纤的侧面相干，形成干涉图，利用光纤材料的光敏性形成光纤光栅。
写制设备装置如图2.1所示。
通过改变入射光波长或两相干光束之间的夹角，可以得到不同栅格周期的光纤光栅。
但是要得到高反射率的光栅，则对所用光源及周围环境有较高的要求。
光纤光栅传感技术及其应用研究
而且必须有一 个固定参考点， 这就 限制了光 纤传感器 的应
用。 Ｉ Ｉ
以光纤布拉格光栅为主的光纤光栅传感器， 其技术上得 到了很大 的改进， 主要表现在其传感信号为波长调制以及复 用能 力强 。１ ｌ这一技术进步使其既具有普 通光纤传感器 的优 点， 同时在测量 中其测量信号不受光 纤弯曲损耗、 连接损耗 、 光源起伏和探测器老化等因素的影响， 还解决 了干涉型光纤 ．
积小，易与光纤耦合，可与其它光器件兼容成一体，不受环 境尘埃影响等一系列优异性能， 从光 纤通信 、 故 光纤传感到 光计算和光信 息处理的整个领域都 将由于光纤光栅的实用化
而发生革命性 的变化。 目前光纤光栅的应用主要集中在光纤 通信领域和光纤传感器 领域 。 在光纤传感器领域，光纤光栅 传感器的应用前景十分广 阔。 由于光纤光栅传感器具有 抗电 磁干扰 、尺寸小 （ 标准裸光纤为 １５ｍ 、重量轻 、耐温性好 ２ｕ） （ 工作温度上限可达 ４ ０Ｃ ６ ０Ｃ） ０ ￣－ ０ ￣ 、复 用能力强 、传输距离
０ 引 言 光纤光栅技术是光纤技术 中继掺铒光纤放大器 （Ｄ Ａ 技 ＥＦ）
１ 光纤光栅传感器的技术优势 １ １与传统 的光纤 传感器相 比 ．
传统 的光纤传感器绝大部分属于 “ 光强型” “ 或 干涉型” 。 对于光强 型传感器，光 源的不稳定 ， 光纤 的连接损耗 、 测 探 器 的老化等 因素都会 影响测量的准确性 。对 于干涉型传感 器， 其测量信息的读取是通 过对 比干涉条纹 的变化而获得 的， 为得到清晰 的条纹， 通常要求两光 路干涉光 的光 强相 等，
远（ 传感器到解调端可达几 公里） 耐腐 蚀、高灵敏度、无源 、 器件 、易形变 等优点 ，早在 １８ ９ ８年就 成功地在航空 、航天 领域 中作 为有效的无损检测技术 。 同时光 纤光栅传感器还可 应用于化学医药 、材料工业 、水利电力 、船舶 、煤矿等各个 领域，还在 土木工程领域 （ 如建筑物 、 桥梁 、水坝、管线、隧 道 、容器 、高速公路 、 机场跑道等） 的混凝 土组件和结构 中，
光纤传感技术在隧道安全监测中的应用研究
光纤传感技术在隧道安全监测中的应用研究近年来，隧道建设日益发展，成为现代道路和铁路交通建设中的重要组成部分。
隧道建设方便了人们的出行，提高了运输效率，但同时也带来了一系列安全隐患。
隧道中的温度、湿度、压力、振动等参数的变化对隧道的使用寿命和安全性有着重要的影响。
传统的隧道安全监测技术往往难以满足隧道使用者对安全的需求，光纤传感技术在隧道安全监测中的应用成为研究热点。
一、光纤传感技术的基本原理光纤传感技术是将光纤作为传感器的一个部分，通过测量光纤中光的强度、相位、偏振、色散等参数变化，来检测其外部环境的变化。
在实际应用中，光纤传感器的基本成分为光源、光纤和探测器。
光源负责提供光源，一般采用半导体激光器，其能量可调，频谱宽带，功率大，是制备高质量光纤传感器的基础。
光纤是光纤传感器的基本部分，可以用于测量温度、应变、压力等物理量。
光纤可分为步进折射率光纤、布里渊光纤、拉曼光纤、光纤光栅等。
探测器用于检测光信号的输出，包括光电探测器和光子探测器。
光电探测器通常具有较高的响应速度和较小的噪声，但是光子探测器具有更高的灵敏度和更低的噪声。
二、光纤传感技术在隧道安全监测中的应用1、温度监测隧道中的温度变化较大，会影响隧道的使用寿命和安全性。
传统的温度监测技术往往需要大量的传感器和线缆，难以覆盖整个隧道，而光纤传感技术则能够有效地解决这一问题。
光纤布里渊温度传感器可以测量光纤中的温度变化，具有高灵敏度、高分辨率和远程监测等优点。
该技术不需要对光纤进行任何特殊处理，可以快速覆盖整个隧道，并且可以实现实时监测。
2、应变监测隧道结构的应变变化对隧道的安全性和使用寿命有着重要的影响。
传统的应变监测技术往往需要大量的传感器和线缆，而且难以在隧道中布置。
而光纤传感技术则能够解决这一问题，可以有效地实现对隧道结构的应变监测。
光纤布里渊应变传感器具有高灵敏度、高分辨率和高可靠性等优点。
该技术不仅能够探测静态应变，还能够实时监测动态应变。
光纤光栅传感器在桥梁监测中的应用
光纤光栅传感器在桥梁监测中的应用摘要：文章阐述了光纤光栅传感器的工作原理和用于桥梁监测的特点，重点给出了光纤光栅传感器在桥梁缺陷检测和结构健康监测中的应用。
关键词：光纤光栅传感器桥梁监测缺陷检测1.引言在桥梁的在线监测中，以往主要采用常规的电类传感测量技术如电阻应变片、振弦式传感器等。
但电阻应变片发生的零点漂移会使其长期测试的结果严重失真；振弦式传感器的灵敏度和稳定性虽然较好，但因为钢弦丝长期处于张紧状态，蠕变因素影响较大。
由于常规的电类传感检测手段易受电磁干扰、布线复杂、时效性低等问题，并且所测量的瞬时结果不能准确连续预报桥梁工作状态等缺点，因而均难以实现对桥梁结构安全状态的长期监测。
自1993年加拿大多伦多大学的研究者率先在卡尔加里的贝丁顿特雷尔桥上布置光纤传感器进行桥梁监测至今，光纤光栅传感技术已广泛应用于桥梁等重大土木工程的监测中。
目前国内也已开始在桥梁监测中应用光纤光栅传感技术，如南京长江第三大桥、巴东长江大桥等。
2.光纤光栅传感器的工作原理Bragg传感技术是通过对在光纤内部写入的光栅反射或透射布拉格波长光谱的检测，来实现被测结构的应变和温度量值的绝对测量。
而Bragg光栅的反射或透射波长光谱主要取决于光栅周期Λ和纤芯的有效折射率neff，任何使这两个参量发生改变的物理过程都将引起光栅布拉格波长的漂移。
光纤光栅中心波长为：λB=2neffΛ（式中neff为光纤光栅的有效折射率；Λ为光纤光栅间隔或周期）。
当宽光谱光源照射光纤时，由于光栅的作用，在Bragg波长处的一个窄带光谱部分将被反射回来。
反射信号的带宽与光栅长度有关，典型的光栅反射带宽是0.05~0.3nm。
Bragg光栅应变传感器是以光的波长为最小计量单位的，而目前对Bragg光栅波长移动的探测达到了pm量级的高分辨率。
因而其具有测量灵敏度高的特点，而且只需要探测到光纤中光栅波长分布图中波峰的准确位置，与光强无关，对光强的波动不敏感，比一般的光纤传感器具有更高的抗干扰能力。
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收稿日期))作者简介赵妍()),女,黑龙江齐齐哈尔人,助理工程师。
东营黄河公路大桥光纤光栅传感网络研究赵妍1,燕同凯2,赵娜3(1.山东省公路桥梁检测中心,山东东营257091;2.东营黄河公路大桥有限责任公司,山东东营257091;3.东营市公路管理局,山东东营257091)摘要:结合东营黄河公路大桥结构健康监测系统,探讨光纤光栅传感网络设计、光纤传感网络光损控制与设计,进行了光纤光栅传感网络系统集成技术研究。
结果表明:在光纤传感网络设计阶段,通过对传感网络光纤传感器复用形式的设计,以及典型光路的光衰减余量验算,可以准确有效的指导光纤网络结构设计。
关键词:光纤;光栅;传感器;传感网络中图分类号:U446文献标识码:AR esearch on fiber grati ng sensor net work of D ongyi ng Y ell o w R i verH i ghway B r i dgeZHA O Y an 1,Y A N Tong -ka i 2,Z HA O Na3(1.Ro ad an d B ride Testi ng Center o f Shando ng P ro vi n ce ,Shandon g D o n gy i ng 257091Ch i na;2.Don gyin g Y ello w R iv er B ri dge C o .,L t d .,Shandon g D o n gy i ng 257091Ch i na;3.Do ngyin g H i gh way B ure au ,Shandon g D o n gying 257091Ch i na )Ab stract :Co mb ined with the structural healt h m on itori ng syste m of Dongyi ng Yell o w H igh wa y Bri dge ,t h e p a perd i scusses the fi b er grating sensor net work design ,t h econtr o l and des i gn of fi ber grati ng se n sor net w ork op ticall oss ,and stud ies t h e integrati on techno l ogy of fi bergrati ng se n sor net work syste m .F r o m the resu lts ,in t h e fiber grati ng se n sor net wor kdesignstage ,it canaccuratel y a nd ef f ectivel y gu ides fi ber net wor k struct u re design t h r ough the des i gn of se nor net wor k fi b er se nor mu lt i p le x i ng f or ms and the light attenuati on m argin check i ng of typ i cal optical pat h .K ey word s :fi ber ;grati ng ;sensor ;sensor net w or k引言近年来,随着我国经济的发展,交通流量迅猛增加,车辆超载现象十分突出,从而使桥梁结构实际承受的荷载与设计荷载可能具有较大的差异,东营黄河公路大桥也同样存在这个问题。
因此,在该桥上安装健康监测系统,监测其受力状态,把握其在车辆超载下的应力水平和安全余度、以及在长期环境耦合作用效应下的应力应变规律,具有十分重要的意义。
数值模拟分析研究结果显示,应力是本桥梁结构运营健康监测系统的主要监测变量,所以选用具有高耐久性、高可靠度的光纤光栅应变传感器,在该桥上建立大规模的光纤光栅传感网络来实现对关键混凝土截面应变的监测。
1光纤光栅传感网络设计大型土木结构具有跨度大、结构体系复杂的特点,面对结构的光纤光栅传感器传感网络测点方案通常需要实现对数十甚至数百根光纤光栅传感器的数据采集。
由于目前光纤光栅解调仪的造价很高,采集通道数量直接影响到光纤光栅传感网络的经济可行性。
在构建光纤光栅传感网络过程中不可避免会遇到采集通道紧张的问题。
为高效利用采集通道,实现利用少量通道对多数光纤光栅传感器的信号采集,需要对解调仪通道进行扩展。
根据波分复用原理与时分复用原理,联合利用光纤耦合器与动、静态光开关,可大大提高解调仪通道的光纤光栅传感器采集容量,在此基础上实现大规模光纤光栅传感网络的构建。
基于波分复用与时分复用原理构建的光纤光栅传感网络结构如图1所示。
计算机由网线与光纤光栅解调仪进行数据通讯,解调仪四个采集通道分别与虚线框标出的A 、B 、C 、D 四种光纤传感网络结构连接。
每种传感网络结构分别采取不同的波分复用与时分复用组合形式实现对光纤光栅传感器的信号采集。
波分复用光纤光栅传感网络波分复用是将两种或多种不同波长的光载波信:20100421:19821.1号,在发送端经光纤耦合器把这些光载波信号汇合在一起,并耦合到光线路中同一根光纤中进行传输,在接收端将各光路的光载波信号进行分离处理,这种复用方式称为波分复用。
光纤光栅传感器一个突出优点就是可以实现波分复用准分布式测量,如图2所示。
光纤光栅反射布拉格中心波长作为一种光载波信号,可以利用波分复用技术扩展通道组建网络。
图1光纤光栅传感网络结构图图2光纤光栅波分复用原理网络结构A 为利用波分复用原理组建的传感网络结构,将测点处单个光纤光栅传感器反射信号或者融接在一条光纤上的若干个光纤光栅传感器反射信号经由光纤耦合器汇集到一根光纤中,同解调仪采集通道相连接。
该结构可以实现单一通道同时对多个测点传感器的信号采集。
光纤光栅传感网络构建过程中,可将光纤耦合器布设于待集成测点传感器临近处,可以节省大量传输段光纤,受解调仪动态范围影响,目前实践经验可以可靠实现4@1的光路融合。
该结构至少可以实现单通道同时对8支光纤光栅传感器的信号动态采集。
时分复用光纤光栅传感网络时分复用是将使用采集通道的时间分成一个个的小时间段,按一定规则将这些小时间段分配给各路光纤信号,每一路信号只能在自己的时间段内独占采集通道,各路信号之间不会干扰。
光开关是光通讯、光计算机、光信息处理等领域的关键器件之一,可以实现光束在时间、空间上的切换。
网络结构B 为根据时分复用原理构建的传感网络结构,应用1@N 静态光开关(N=2~128),分别将各路测点光纤信号按照一定顺序接入解调仪采集通道。
每路光纤包含一支光纤光栅传感器,该结构各测点光纤光栅传感器信号分别在指定时间段内循环接入采集通道。
该种网络结构,解调仪采集通道在某一特定时间段内只对一支光路传感器进行采集。
时分复用传感网络可以放非常方便地实现单采集通道对大量传感器的静态采集,目前可以实现对128支传感器的信号采集,且各传感器布拉格波长可以相同不会产生信号混淆现象。
1.3组合式光纤光栅传感网络组合式光纤光栅传感网络是对波分复用与时分复用的联合应用建立的传感网络,网络结构C 、D 为组合式传感网络。
网络结构C 应用1@N 静态光开关,在结构B 基础上,根据需要在各光路中添加光纤耦合器进行光路扩展。
该网络结构波分复用与时分复用的联合应用,可以方便快捷地实现对大量传感器的静态采集。
实践经验表明,利用解调仪单个通道连接@静态光开关可以非常可靠地实现对6支传感赵妍,燕同凯,赵娜:东营黄河公路大桥光纤光栅传感网络研究1.21249器的数据采集,同时节省大量传输段光纤。
网络结构D应用1@N动态光开关,动态光开关的通道切换速度小于0.1m s,远远小于静态光开关,可以利用动态光开关实现采样频率较低的动态数据采集。
结合利用光纤耦合器,该网络结构可以实现对多路传感器的动态采集。
实践中可以靠实现单通道对16支传感器,采样频率为62.5H z的动态采集,针对桥梁结构的车辆荷载应变动态响应监测,62.5H z采样频率完全可以满足监测要求。
2光纤光栅传感网络的光损耗控制2.1光纤传感网络的光损耗光在光纤传感网络传播过程中,会产生光损。
若光损耗过大,光纤光栅传感器反射布拉格波长信号过弱,解调仪无法准确采集布拉格波长信号,从而导致传感器失效。
光纤光栅传感网络构建过程中,对于光纤光损耗的控制非常重要,需采取措施尽量降低光纤传感网络光损,保证传感网络可靠性。
光损耗现象产生原因主要包括以下几个方面:光纤固有损耗、光纤熔接损耗、活动接头损耗、弯曲辐射损耗与光波导器件损耗。
光纤固有损耗主要源于光纤模场直径不一致,光纤芯径不一致。
光纤的单位衰减与光纤质量有很大关系,一般单模光纤为0.4~0.5dB/k m;多模光纤为2~4dB/km。
光纤光栅传感网络采用单模光纤,实际网络搭建过程中应尽量采用同一批号优质品牌光纤,使光纤特性尽量匹配以减少光损耗。
光纤熔接损耗主要影响因素有焊接过程中的轴向错位、轴心倾斜、端面间隙较大、光纤切割端面不规整以及光纤切割端面不清洁。
实际操作过程中应尽量保证工作环境的清洁,进行光纤切割操作时,确保光纤清洁,保证切割面质量。
规范光纤熔接操作人员技术以及确保熔接机电极清洁程度,使熔接损耗降到最低程度。
光纤融接点光损一般为0.01~0.03 dB/点。
活动接头为组建光纤光栅传感网络必不可少的构件,传感网络用FC-APC接头光损为0.3dB以下。
其损耗来源主要为接头质量差、接触不良与接头不清洁。
网络搭建过程中,应选用优质接头,保持接头的固接与清洁。
对于长期使用的接头,尽量用熔接方式接头取代。
通常由2支FC-APC与1支光纤法兰盘构成的光纤活动节点光损为1dB。
当光纤受到很大的弯折,其弯曲半径与其纤芯直径相接近时,光纤传输性能会发生变化,大量的传导模转化成辐射模,大量激光不再继续传输,而是进入包层被涂敷层、包层吸收。
现场网络施工过程中,尤其要注意最大可能避免光纤产生弯折现象;局部弯折光损非常大,现场工人的无意踩踏与拖扯很容易产生3dB以上的光损。
光波导器件损耗为光纤光栅传感网络中光器件所产生的损耗。
在组建光纤光栅静态、动态传感网络过程中会应用到光开关与耦合器等器件。
常用1@2光纤耦合器分光损耗3.6dB,合波损耗1.5dB,动、静态光开关约为0.8dB。
光纤光栅传感器本身也是一种光学器件,光纤光栅本身反射率很大(95%以上),光损很小,但是在对光纤光栅进行封装的过程中,由于质量问题可能会造成封装光纤光栅传感器光损过大现象。