1.光纤传感技术的特点及发展趋势

 

　　光纤传感技术是本世纪八十年代伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体，光纤为媒介，感知和传输外界信号的新型传感技术。光纤传感，包含对外界信号的感知和传输两种功能。所谓感知，是指外界信号按照其变化规律使光纤中传输的光波的物理特征参量，如强度、波长、频率、相位和偏振态等发生变化，测量光参量的变化即“感知”外界信号的变化。这种“感知”实质上是外界信号对光纤中传播的光波实施调制。所谓传输，是指光纤将受外界信号调制的光波传输到光探测器进行检测，将外界信号从光波中提取出来并按需要进行数据处理，也就是解调。因此，光纤传感技术包括调制与解调两方面的技术，即外界信号如何调制光纤中的光波参量的调制技术（或加载技术）及如何从已被调制的光波中提取外界信号的解调技术。

 

　　与普通的机械、电子类传感器相比，光纤传感器具有以下几方面的优点：

 

　　（1）敏度高、动态范围大。这是光纤传感技术的优点之一。应用迈克尔逊干涉仪和法布里——珀罗干涉光谱仪能够解调出非常微弱的物理量变化（如分辨率应变为1？ε，温度变化0.1℃）；

 

　　（2）抗电磁干扰。一般电磁辐射频率比光波频率低许多，所以在光纤中传输的光信号，不受电磁场干扰的影响；

 

　　（3）电绝缘性好。光纤本事是电绝缘的介质组成，且其敏感元件也多是由电绝缘材料做成；

 

　　（4）耐腐蚀，化学性能稳定。制作光纤的材料——石英具有极高的化学稳定性，能在较恶劣的环境中使用；

 

　　（5）安全性能好。光纤传感器是无电源驱动的调制器，具有本质安全的特点，尤其适宜于在易燃易爆的油、气、化工生产环境中使用；

 

　　（6）几何形状可塑，适应性强；

 

　　（7）传输损耗小，可实现长距离检测；

 

　　（8）测量范围广，可测量温度、压强、应力、应变、流速、流量、电流、电压、液位、气体成分、多相流流动剖面等物理量。

 

　　2.光纤传感器的分类

 

　　外界信号对传感光纤中光波参量进行调制的部位称为调制区。根据调制区与光纤的关系，可将调制分为两大类。一类为功能型调制，调制区位于光纤内，外界信号通过直接改变光纤的某些传输特征参量对光波实施调制。这类光纤传感器称为功能型（FuntionalFiber，简称FF型）或本征型光纤传感器，也称内调制型传感器，光纤同具“传”和“感”两种功能。与光源耦合的发射光纤同与光探测器耦合的接收光纤为一根连续光纤，称为传感光纤，故功能型光纤传感器亦称全光纤型或传感型光纤传感器。另一类为非功能型调制，调制区在光纤之外，外界信号通过外加调制装置对进入光纤中的光波实施调制，这类光纤传感器称为非功能型（NonFunctionalFiber，简称NFF型）或非本征型光纤传感器，发射光纤与接收光纤仅起传输光波的作用，称为传光光纤，不具有连续性。

 

　　根据被外界信号调制的光波的物理特征参量的变化情况，可将光纤传感器分为强度调制型、相位调制（干涉）型、偏振调制型和波长调制型四个主要类型。

 

　　3.光纤传感技术在边坡变形监测中的应用

 

　　边坡表层岩土体由于降雨、地震、人类工程活动、软弱结构面或其他因素的影响，会发生各种形式的滑塌，且滑塌发生的位置通常难以确定。分布式光纤传感技术由于测量距离长、覆盖范围大，在边坡变形监测方面正逐步得到应用。在边坡表面间隔一定距离将光纤固定在边坡土体表面以下一定深度位置，或直接附着在岩体表面，使其跟岩土体的变形协调一致。并将通过各固定节点的传感光纤相互连接构成监测网，用以监测边坡表层岩土体的变形。传感光纤的温度补偿可以采用布设放置在PU管内的自由光纤，使其不受土体变形的影响，用于消除温度对长期应变监测结果的影响。当表层岩土体发生滑动时，会带动传感光纤一起发生滑动，传感光纤受拉伸产生轴向应变，通过BOTDR对光纤应变进行测量和应变异常的定位，确定边坡发生滑动变形的区域。

 

　　参考文献：

 

　　[1]李爱国，岳中琦，谭国焕，等.香港某边坡综合自动监测系统的设计和安装[J].岩石力学与工程学报，2003，22（5）：790–796.

 

　　[2]丁勇，施斌，崔何亮，等.光纤传感网络在边坡稳定监测中的应用研究[J].岩土工程学报，2005，27（3）：338–342.

 

　　[3]隋海波，施斌，张丹，等.边坡工程分布式光纤监测技术研究[J].岩石力学与工程学报，2008，27（S2）：3725～3731.