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風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用中的光纖傳感器
發(fā)布時(shí)間：2017-09-01
特種光纖不僅可以應(yīng)用在通信和國防領(lǐng)域，現(xiàn)在基于特種光纖技術(shù)的光纖傳感器正在監(jiān)視環(huán)境，各種結(jié)構(gòu)的應(yīng)力檢測等領(lǐng)域找到越來越多的應(yīng)用。光纖傳感器具有工作可靠，使用方便靈活，成本具有競爭優(yōu)勢的諸多優(yōu)點(diǎn)。
英國領(lǐng)先特種光纖制造商Fibercore公司的ChrisEmslie博士在這篇文章中闡述了光纖傳感器的新興公司Insensys如何利用他們的產(chǎn)品發(fā)展出針對(duì)從船舶到石油管道的不同應(yīng)用的光纖傳感器。
特種光纖通常用于光放大器，光纖陀螺以及水聲設(shè)備中。然而光纖的輕便，靈活以及可靠的特性也使之在風(fēng)輪，帆船的桅桿以及市政工程等中的傳感器上找到應(yīng)用場合。由于光纖免受電磁干擾，因此可以工作于可能產(chǎn)生熱和電火花的危險(xiǎn)環(huán)境中。利用塑料膠帶在生產(chǎn)或者現(xiàn)場施工時(shí)輕易地塑造成各種形狀。盡管光纖傳感技術(shù)還沒有引起世界的普遍重視，對(duì)于光纖傳感代替?zhèn)鹘y(tǒng)電子測量的好處的認(rèn)知卻與日俱增。光纖壓力和溫度測量的領(lǐng)先公司已經(jīng)開發(fā)出易于使用，可靠同時(shí)經(jīng)濟(jì)有效的傳感器。
為獲得在各種場合同樣表現(xiàn)優(yōu)異的特種光纖，Intensys公司開始尋找世界領(lǐng)先的特種光纖制造商Fibercore公司的幫助。Fibercore在特種光線領(lǐng)域已經(jīng)有著20年的經(jīng)驗(yàn)，在為客戶提供某些高品質(zhì)的先進(jìn)單模光纖領(lǐng)域享有盛譽(yù)。
Intensys公司VPMarkVolanthen解釋說：“我們的主要目的是提供能夠工作在世界最遠(yuǎn)角落，能夠忍受極端氣候條件的可靠的傳感器。這就是我們需要和擁有ISO9000品質(zhì)認(rèn)證，擁有嚴(yán)格的品質(zhì)保證程序的供應(yīng)商和作的理由。Fibercore正是這樣的可以信任的公司。我們和他們討論了我們傳感器的詳細(xì)需求，他們能夠提供我們?cè)敿?xì)的信息，合適的光纖，從而讓我們推出性價(jià)比超過電子傳感器的產(chǎn)品。為實(shí)現(xiàn)在更遠(yuǎn)的距離部署傳感器，或者實(shí)現(xiàn)更高的精確度，F(xiàn)ibercore建議我們采用光纖光柵技術(shù)(FBG)以及合適的摻雜以改變光纖的折射率和感光率?！?/p>
通過紫外光照射光纖纖芯的方法可以制作FBG。紫外照射導(dǎo)致了玻璃折射率周期性地調(diào)制效應(yīng)。這種周期性決定了光柵只反射特定波長的光，因此可以用來制作光線濾波器或者反射器。通過將光纖光柵和適當(dāng)?shù)目梢詫?dǎo)致周期變化的誘導(dǎo)機(jī)制配合，就可以監(jiān)視包括應(yīng)力，溫度，震動(dòng)和壓力等在內(nèi)的許多物理量。
Fibercore通過和Insensys的合作可以提供具有獨(dú)特?cái)?shù)值孔徑NA和模場直徑MFD的光纖，可以在減少光纖損耗的同時(shí)保證足夠的感光效應(yīng)。由于不用傳統(tǒng)高NA小MFD光纖需要的復(fù)雜高成本的可拆卸連接器，Insensys的產(chǎn)品更可靠，也更便宜。Fibercore公司在最初的產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就開展和Insensys的合作，因此可以推薦最合適的光纖解決方案。這種合作通常在行業(yè)內(nèi)是鳳毛麟角的事情。
有了Fibercore的支持，Insensys還可以對(duì)應(yīng)用在多傳感器系統(tǒng)中的特種光纖進(jìn)行優(yōu)化選型。類似石油管道一類的應(yīng)用通常需要可以分布在很長距離內(nèi)的多個(gè)傳感器系統(tǒng)的使用。這通?？梢岳脗鞲衅麝嚵械男问?，將各個(gè)單個(gè)傳感器的輸出通過時(shí)分復(fù)用(TDM)的方式復(fù)合起來。
TDM是一種多個(gè)數(shù)據(jù)流或者信號(hào)利用不同的時(shí)間隙來混合到一個(gè)信號(hào)通道中傳輸?shù)募夹g(shù)。同波分復(fù)用WDM技術(shù)所采用的不同信號(hào)不同波長的機(jī)制不同，TDM利用同一波長支持所有的數(shù)據(jù)通道，因此不需要可調(diào)激光器等復(fù)雜昂貴的光器件。用此技術(shù)制作的傳感器因此更便宜。
Insensys的系統(tǒng)采用的就是TDM技術(shù)，這是唯一的允許100多個(gè)傳感器部署在一條光纖上的應(yīng)力傳感系統(tǒng)，全程測量范圍達(dá)到/-6000微小應(yīng)力指標(biāo)，無需光開關(guān)或者多段光纖。與此相對(duì)比，WDM光傳感系統(tǒng)的傳感器個(gè)數(shù)由于受可用波長數(shù)的限制而受到限制。
Insensys成功在2003年開發(fā)出光纖應(yīng)力傳感器和溫度傳感器，并取得了廣泛應(yīng)用。由于傳感器可以利用塑料帶塑造成不同形狀，它們可以被粘貼在被監(jiān)視物的表面，這一過程可以在制作前也可以在制作后。海上應(yīng)用的傳感器就通常采用這種表面貼裝方法監(jiān)視負(fù)載的變化。對(duì)于一些大型船舶，這種系統(tǒng)可以在早期給出過載告警。對(duì)于競賽用的船舶，由于可以給出關(guān)于風(fēng)速，風(fēng)向，船舶狀態(tài)的數(shù)據(jù)可以幫助運(yùn)動(dòng)員更有效地比賽。
最近一段時(shí)間，傳感技術(shù)開始用于檢測和優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電風(fēng)輪系統(tǒng)。作為發(fā)展最快的能源技術(shù)，風(fēng)輪的尺寸越來越大。這些風(fēng)輪通常體積巨大，又安裝在比較遙遠(yuǎn)的地點(diǎn)。監(jiān)視工程師需要實(shí)時(shí)了解這些風(fēng)輪的狀態(tài)。傳感器通常在風(fēng)輪組裝的時(shí)候很容易安裝在風(fēng)輪上。
石油和天然氣工業(yè)也處于成本和安全的考慮開始應(yīng)用傳感器。光纖傳感器沒有絲毫電路連接，不產(chǎn)生熱量，只利用很少的光能，這些特點(diǎn)使光纖傳感器成為危險(xiǎn)環(huán)境下的理想選擇。光纖傳感器還可以用于關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的長期高可靠穩(wěn)定的監(jiān)視。這些傳感器幾乎不受水中的高壓影響，可以用于深海設(shè)備的安裝和監(jiān)視。
Insensys的傳感器還廣泛用于橋梁，公路，隧道，水壩等市政工程中。不僅用于監(jiān)視應(yīng)力和溫度，他們還可以監(jiān)視地基移位，疲勞和傷害。同時(shí)由于這些數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)采集，還可以方便建筑物管理者的維護(hù)工作，降低定期檢查等的成本。
MarkVolanthen補(bǔ)充說：“成立2年來，Insensys的規(guī)模已經(jīng)翻番，公司的產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用到日本，美國，澳洲以及歐洲多個(gè)國家。所有這些成就的取得都同F(xiàn)ibercore公司的合作密不可分。Fibercore提供給我們的不僅是領(lǐng)先的光纖，也是他們的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。”
當(dāng)大多數(shù)人還將特種光纖的應(yīng)用局限在通信和國防應(yīng)用的時(shí)候，F(xiàn)ibercore就幫助Insensys找到了傳感應(yīng)用這個(gè)市場。今天，單模光纖不僅用于石油和天然氣工業(yè)領(lǐng)域，還在幫助我們實(shí)現(xiàn)可再生能源的夢想。盡管Fibercore和Insensys這樣的合作在業(yè)界很少見，但是合作不僅對(duì)雙方有利，對(duì)最終消費(fèi)者也非常有利。Insensys的傳感器因?yàn)榭煽?，使用方便同時(shí)適應(yīng)各種現(xiàn)有結(jié)構(gòu)而廣受贊譽(yù)。最重要的這是一種替代傳統(tǒng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)的解決方案。
摘自：中國計(jì)量測控網(wǎng)
