如何设计光纤光栅传感技术的系统？及应用领域介绍

光纤光栅传感系统主要由宽带光源、光纤光栅传感器、信号解调等组成。宽带光源为系统提供光能量，光纤光栅传感器利用光源的光波感应外界被测量的信息，外界被测量的信息通过信号解调系统实时地反映出来。

光源性能的好坏决定着整个系统所送光信号的好坏。在光纤光栅传感中，由于传感量是对波长编码，光源必须有较宽的带宽和较强的输出功率与稳定性，以满足分布式传感系统中多点多参量测量的需要。光纤光栅传感系统常用的光源的有LED，LD和掺杂不同浓度、不同种类的稀土离子的光源。

光纤光栅传感器可以实现对温度、应变等物理量的直接测量。由于光纤光栅波长对温度与应变同时敏感，即温度与应变同时引起光纤光栅耦合波长移动，使得通过测量光纤光栅耦合波长移动无法对温度与应变加以区分。因此，解决交叉敏感问题，实现温度和应力的区分测量是传感器实用化的前提。通过一定的技术来测定应力和温度变化来实现对温度和应力区分测量。这些技术的基本原理都是利用两根或者两段具有不同温度和应变响应灵敏度的光纤光栅构成双光栅温度与应变传感器，通过确定2个光纤光栅的温度与应变响应灵敏度系数，利用2个二元一次方程解出温度与应变。区分测量技术大体可分为两类，即，多光纤光栅测量和单光纤光栅测量。

光纤光栅传感器解调系统主要分为两个模块：光信号处理模块与电信号处理模块。光信号处理模块主要用来跟踪分析传感光纤光栅的中心反射波长的漂移，将光信号波长信息转换为电信号;电信号处理模块主要用来完成对光信号处理模块转换来的电信号进行处理和运算，转为数字信息，提取到外界信息后，最后以用户熟悉、界面友好的形式输出显示。系统主要由三部分构成：光路系统，扩展电路以及嵌入式控制系统。

1. 光路系统主要是由宽带光源、光隔离器、3 dB耦合器、FBG传感网络及可调谐F—P滤波器部分等组建而成。光路系统需要外界提供扫描电压给可调谐F—P滤波器，用来驱动可调谐F—P滤波器。

2. 2.扩展电路主要包括A/D输入模块以及D/A输出模块。A/D输入模块中PIN光电二极管将FFP-TF的透射光谱转换为电压信号，通过信号放大调理电路将光路系统输出的电压信号进行放大调理，再送至STM32系统进行A/D采样。D/A输出模块用来对光路系统中的可调谐F—P滤波器提供扫描电压。

3.A/D输入模块，光电检测电路是由一个实为光-电流-电压转换的PIN光电二极管及相关电路部分组成。PIN光电二极管的缺点是输出的电流一般只有数微安。PIN光电二极管将接收到的光信号变为与之成对应比例的微弱电流信号，经运算放大器以及与PIN光电二极管的。串联电阻所组成的放大器转换为电压信号。持续光照的PIN光电二极管可看成一个电流源，当它的负载阻抗为零时，输出特性为最好。A/D转换是采样电路的核心，考虑到系统对分辨率、速度与精度等参数的要求，ADC芯片选用Burr-Brown公司出品的，16位精度的高速A/D转换芯片，最高采样频率为100 kHz。超低功耗和体积小使ADS8320成为理想的便于携带和电池供电系统。

光纤光栅传感在电力生产和输变电监测中的应用

在电力工业中，电力设备大多处在强电强磁和高温高电压环境中，而且很多电力设备经常需要安装在偏远地区，一般的传统传感器无法满足需求，光纤光栅传感器的抗电磁干扰特性和适宜远程监测的特点可以很好的满足这种需求，只需通过远程网络就能够实时监测电力设备的温度变化和异常。光纤光栅传感器这种突出的优势，有利于在变电站使用，同时采用分布式传感，可以解决输电过程中的监测问题。比如应对输电线路结冰、风致摇曳、负荷超温等。

光纤光栅传感石油化工中的应用

石油化工领业为易燃易爆的领域，传统电子电学类物理传感器并不适用于成品油的油气罐、油气管道的监测。而光纤光栅耐腐蚀、抗电磁干扰，非常适合应用在石油化工业中。其应用点除了温度和压力测量，还有流量测量、井压、振幅监测等。在钻探领域，高温高氢环境可使用碳涂覆光纤光栅，这样既可以避免氢致失效，又能够在高温环境中测得井内压力，避免井内压力过高影响生产。