怎样配置光纤应变传感器？仅需3步！

光纤传感器阵列的配置和安装

布拉格光栅(FBG)技术特点之一是固有的复用能力。传感器具有特定且不同的布拉格波长，因此可以串联使用，只要传感器信号不重叠，就不会影响测量值的正确读数。

传感器或传感器阵列可以单独使用，或者采用熔接机将两根光纤连接在一起，也就是将传感器阵列熔接在一起。熔接后，传感器或传感器阵列可以连接到光纤解调仪的同一个光通道，但必须注意传感器波长的选择、电缆长度和熔接对信号造成的功率损失等。

1. 传感器选择

HBM提供多种基于布拉格光栅的传感器，在光损耗在规定范围，波长信号不重叠的情况下，所有传感器都可以连接到光纤解调仪的同一个光通道上。下面给出的提示适用于光纤应变测量，但可以适用于其他类型光纤传感器。

为了选择最合适的传感器类型，必须考虑以下要求：

a、测量范围

不同传感器封装会限制他们的测量范围。在选择传感器类型时，测量范围的要求可能是排除其他类型传感器的因素。

b、安装方式

HBM提供多种安装方式的光纤传感器，包括黏贴、焊接、嵌入或栓接等方式。安装方式会影响安装的速度和成本，也可能会排除其他选项。在金属结构上安装传感器时，焊接是一种最快速有效的方法，因为无需等待粘合剂固化。对于复合材料，有粘合或嵌入两种选择。纤维复合材料通常不建议采用螺栓连接，因为钻孔会损坏光纤，但对于混凝土或金属结构来说，螺栓连接却是一种很好的解决方案。

c、鲁棒性

传感器种类繁多，鲁棒性不同。有些传感器采用实验室电缆，有些使用是室内、室外或是绝缘电缆，这些将限制传感器的应用范围。选择合适的传感器，在特定环境中就不需要进一步保护。

d、 电缆弯曲半径和长度

HBM光纤应变传感器分为两个系列，两个系列在光纤特性上有所不同。OP Line系列具有高弯曲能力，可在弯曲半径较小的应用中使用(例如弯曲表面上)。FS Line 系列灵活性较低，但可在数公里内自由使用，且不会造成显著的光学损失。

e、 工作温度

应变测量可以在多种环境下进行。但对于高温或低温应用，只有部分光纤应变片适用。

f、温度补偿

基于FBG的应变传感器对温度变化敏感，建议进行校正。HBM FiberSensing为无热化应变传感器提供了独特的解决方案，消除了温度变化对FBG波长的固有影响(而不是试样的热膨胀)。选择这种应变传感器时，不需要进行温度补偿。而对于其他应变传感器，可通过以下方式进行温度补偿，例如：

• 在应变传感器相同的温度下放置温度传感器：在应变传感器的相同位置上进行温度测量，通过传感器的热交叉灵敏度（如数据和校准表上所述）和基材的热膨胀，进行应变测量校正
• 光纤补偿元件：对于某些应变传感器，可以使用专用温度补偿FBG传感器进行温度补偿
• 使用另外仅测量温度引起应变的光纤应变片，用于相同的材料且相同的温度条件下，对温度引起的应变进行补偿
• 将相同的应变片安装在试样另一面，将产生应变值相同，信号不同的信号：传感器在这种推拉结构下工作时，则可消除温度产生的应变

阵列所需的传感器数量应考虑上述选项。

2. 波长选择

传感器之间的布拉格波长距离定义了两个传感器的最大测量范围，因为如果信号重叠，测量将受到影响。每个传感器的使用波长范围取决于其测量范围，温度工作范围，以及传感器灵敏度、传感器交叉灵敏度和材料热膨胀引起的热感应波长偏移。

从传感器的中心波长（λ0）开始，保留的波长范围是从最小可能到最大可能值之间的波长值：

• FS line传感器波长间隔为6.4 nm
• OP line传感器波长间隔为5 nm

3. 控制光损耗

FBG传感器测量链中每个光通道连接数不仅取决于所使用的连接类型，还取决于光纤解调仪、光纤类型和长度，以及安装过程（电缆路径、微曲率等）可能导致的光信号损失等。

a、连接器与熔接

当测量链中连接光纤应变传感器时，可以使用两种连接：连接器与熔接。连接器更容易在现场使用，然而，它们对光信号造成更高的损耗，并且随着时间的推移更容易退化。另一方面，熔接能够让两根光纤在寿命期内都保持稳定，并具有较低的光学损耗。然而，熔接需要专用工具、经过培训的专业人员和更长的安装时间。为了尽可能缩短安装时间，同时增加传感器阵列中连接的传感器数量，HBM Fibersensing提供了预先组装的传感器阵列，以适应不同的应用。

b、 光纤类型和长度

HBM两个系列光纤传感器上使用的是不同类型的光纤：FS Line传感器的光纤内芯是9微米，OP Line的为6微米。FS Line在数公里内不会产生大的信号衰减，适合长距离传输。而OP Line信号衰减较大。当两种类型的光纤连接在一起时，即使通过熔接方式，也会在接口上产生很高的损耗，从而限制不同类型的光纤在测量链中使用的次数。

c、传感器反射率

FBG传感器的测量原理是基于入射光的反射光谱。反射回来的信号是入射光的百分比。FS Line传感器的反射率约为65%，而 OP Line传感器的反射率小于15%。在计算损耗时，还应考虑传感器的反射率。

d、光纤解调仪的动态范围

光纤测量链上的允许损耗由光纤解调仪的可用动态范围决定。动态范围可以看作是光谱的信噪比测量。受损信号一旦大于或接近动态范围，解调仪将无法获取。应仔细检查传感器, 解调仪和附件技术特性，以优化光学测量链性能。

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