- 光纖傳感器全面剖析-電力系統的應用
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2015/1/30
電力系統網絡結構復雜、分布面廣，在高壓電力線和電力通信網絡上存在著各種各樣的隱患，因此，對系統內各種線路、網絡進行分布式監測顯得尤為重要。
1、在高壓電纜溫度和應變測量中的應用。目前，國外(主要是英國、日本等)已利用激光喇曼光譜效應研制出分布式光纖溫度傳感器產品。而國內也在積極地開展這方面的研究工作。國內把分布式光纖溫度傳感技術引入電力系統電纜測溫的研究工作只是剛剛開始。聯系到我國南方地區去年所遭受到的雪災來考慮，如果能在高壓電纜上并行地鋪設傳感光纜，對電力系統電纜、鐵塔等設施的溫度、壓力等參量進行實時測量，就能夠做到及時排險，從而盡可能減少經濟損失�？梢�，光纖傳感器在電力系統將具有廣泛的應用前景。在理想情況下，光纖應被置于盡可能靠近電纜纜芯的位置，以更精確地測量電纜的實際溫度。對于直埋動力電纜來說，表貼式光纖雖然不能準確地反映電纜負載的變化，但是對電纜埋設處土壤熱阻率的變化比較敏感，而且能夠減少光纖的安裝成本。
2、在電功率傳感器中的應用電功率是反映電力系統中能量轉換與傳輸的基本電量，電功率測量是電力計量的一項重要內容。隨著電力工業的迅速發展，傳統的電磁測量方法日益顯露出其固有的局限性，如電絕緣、電磁干擾、磁飽和等問題，因而人們一直在致力于尋找測量電功率的新方法。可以說光纖傳感器的出現給人們解決這一問題帶來了福音。光纖電功率傳感器的主要特點是：由于電功率傳感同時涉及電壓、電流2個電量，因而通常需要同時考慮電光、磁光效應，同時利用2種傳感介質或1種多功能介質作為敏感元件，這使得光纖電功率傳感頭的結構相對復雜；光纖電功率傳感器的光傳感信號中有時同時包含電壓、電流信號，因此其信號檢測與處理方法也將比較復雜。
3、在電力系統光纜監測中的應用電力系統光纜種類繁多，加之我國地域廣闊，各地環境差異很大，所以光纜的環境也很復雜，其中溫度和應力是影響光纜性能的主要環境因素。因此，在監測光纖斷點的同時也對光纜所處溫度和應力情況進行監測，可見對光纜的故障預警及維護意義深遠。通過測量沿光纖長度方向的布里淵散射光的頻移和強度，可得到光纖的溫度和應變信息，且傳感距離較遠，所以有深遠的工程研究價值�；诓祭餃Y光時域反射(BOTDR)的分布式光纖傳感系統，采用相干檢測技術，系統原理如圖1所示。
圖1 基于BOTDR傳感系統原理
BOTDR光纖傳感系統測量的是光纖的自發布里淵散射信號，其信號強度非常微弱，但可以采用相干檢測技術提高系統信噪比。這種方案可單光源、單端工作，系統簡單，實現方便，而且可同時監測光纖斷點、損耗、溫度和應變。傳光光纖傳感器在醫學方面的應用在醫學中的應用醫用光纖傳感器目前主要是傳光型的。以其小巧、絕緣、不受射頻和微波干擾、測量精度高及與生物體親合性好等優點備受重視。本文將主要介紹傳光光纖在壓力測量、血流速度測量、pH值測量三個方面的應用。此外，它還可以應用于測量溫度和醫用圖像傳輸上面。
1、壓力測量。目前臨床上應用的壓力傳感器主要用來測量血管內的血壓、顱內壓、心內壓、膀胱和尿道壓力等。用來測量血壓的壓力傳感器示意見圖1。其中對壓力敏感的部分是在探針導管末端側壁上的一塊防水薄膜，一面帶有懸臂的微型反射鏡與薄膜相連，反射鏡對面是一束光纖，用來傳遞入射光到反射鏡，同時也將反射光傳送出來。當薄膜上有壓力作用時。薄膜發生形變且能帶動懸臂使反射鏡角度發生改變，從光纖傳來的光束照射到反光鏡上，再反射到光纖的端點。由于反射光的方向隨反射鏡角度的變化而改變，因此光纖接收到的反射光的強度也隨之變化。這一變化通過光纖傳到另一端的光電探測器變成電信號，這樣通過電壓的變化便可知探針處的壓力大小。
圖1 光纖體壓計探針
2、血流速度測量多普勒型光纖速度傳感器測量皮下組織血流速度的示意見圖2此裝置利用了光纖的端面反射現象，測量系統結構簡單。
光纖傳感器全面剖析
圖2 光纖體壓計探針
發光頻率為f的激光經透鏡，光纖被送到表皮組織。對于不動的組織，例如血管壁，所反射的光不產生頻移；而對于皮層毛細血管里流速為 的紅細胞，反射光要產生頻移，其頻率變化為△f；發生頻移的反射光強度與紅細胞的濃度成比例，頻率的變化值可與紅細胞的運動速度成正比。發射光經光纖收集后，先在光檢測器上進行混頻，然后進人信號處理儀，從而得到紅細胞的運動速度和濃度。
3、pH值測量
用來測定活體組織和血液值pH光纖光譜傳感器示意圖，如圖3所示。其工作原理是利用發射光、透射光的強度隨波長的分布光譜來進行測量。這種傳感器將兩根光纖插入可透過離子的纖維素膜盒中.膜盒內裝有試劑，當把針頭插入組織或血管后，體液滲入試劑，導致試劑吸收某種波長的光.用光譜分析儀測出此種變化，即可求得血液或組織的pH值。
光纖傳感器全面剖析
圖3 測定pH值的光纖光譜儀
轉載請注明來源：賽斯維傳感器網（www.sensorway.cn）
