摘要:光纖光柵傳感技術是上世紀90年代出現(xiàn)的一種新型信息傳感技術，并且使用基于光時反射計(OTDR)原理進行溫度檢測報警。作為結(jié)構組成的半導體激光器(LD)的高速驅(qū)動電路和雪崩二極管(APD)增益的溫漂步長電路等優(yōu)化了軟件的編譯和反應速度，實時累加采集卡也能提高時間分辨率，是一種穩(wěn)定性明顯的特征技術。

關鍵字:APD;光纖光柵;探測;火災報警

光纖光柵技術在發(fā)展起來的近十多年來多用溫度、壓力、流量、液位等測量上，主要應用原理是使用激光加工的手段在光纖內(nèi)形成多個光柵元件，在寬帶光源經(jīng)光纖傳輸時經(jīng)過特定光纖光柵時某些特定波長的光被反射回來，從而進行數(shù)據(jù)檢測。因此光纖通信中的光纖光柵技術提供給了報警工程設計一個穩(wěn)定準確的數(shù)據(jù)保障。

一、光纖通信技術的特點

光纖通信技術本身的光纖材料就具有防爆、抗腐蝕、抗磁干擾、電絕緣等多種優(yōu)點，具有特色的還是以下幾點:

1.可靠性高，壽命長

光纖通信技術是依據(jù)光束波長的數(shù)字檢測的，不受光源、彎曲度、探測器老化影響，而且光纖光柵技術還能規(guī)避光纖連接損耗的影響，所以具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。

2.超遠距離傳輸，組網(wǎng)便利

光纖傳輸攜帶傳感技術的光信號，能達到經(jīng)過超遠距離傳輸不失真的效果，傳輸過程中數(shù)據(jù)雖好幾乎可以忽略。由于超遠傳輸方式的便利，還可以支持大面積組網(wǎng)，方便網(wǎng)絡化的監(jiān)控管理。

3.可進行數(shù)字編碼和傳送

光纖上的光柵波長不同，傳感器所得到的數(shù)據(jù)進行波分多址的復用傳輸能夠擴大傳輸量，實現(xiàn)分布式測量，也能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)化的編碼和傳輸。

4.高反應度和精度

光纖設備的核心是光纖光柵傳感器，其所使用的特征波長對溫度和壓力的感應明顯而且快速，并且波長特征具有一致性，所以制作的傳感器響應時間快，測量精度較高。

5.簡單的結(jié)構利于施工

光纖本身體積小重量輕，易彎轉(zhuǎn)，方便制作結(jié)構簡單的傳感器探頭。其結(jié)構的便利性和兼容性使得工程施工的難度降低，使設備維護也能夠更加簡單。

6.應用范圍廣

由于其感應環(huán)境變化的方式其可應用在勘探、冶金、電力等行業(yè)，在其質(zhì)地抗性方面也適應于石油、化工等行業(yè)，其高速、準確的數(shù)據(jù)反饋也適應于火災、地質(zhì)信息反饋等監(jiān)控系統(tǒng)。

二、光纖通信技術的報警系統(tǒng)應用方式

完整的光纖通信報警系統(tǒng)一般由四個部分組成:寬帶光源，作為數(shù)據(jù)載體的生成器產(chǎn)生寬帶光餅傳輸?shù)焦饫w上;光纖光柵傳感器，報警系統(tǒng)的核心部分，一般安置在需要布控的位置，及時檢測現(xiàn)場的溫度壓力等情況，是整個光纖的終端，通過光纖串聯(lián);光纖光柵解調(diào)儀，對反饋回來的反射光波長進行分析，是一種光譜儀，對反饋型號分析得出現(xiàn)場情況及反饋地點等重要信息;信號處理器，將解調(diào)儀分析的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為測量溫度等，反映與標準情況的差異，并在超出范圍時發(fā)出警報。

主流光纖通信報警技術有以下幾種:

1.基于OTDR的準分布光纖溫度報警系統(tǒng)

基于OTDR的準分布光纖溫度報警系統(tǒng)是利用背向散射法測量光纖的衰減。在光纖中，由于光纖本身的缺陷或者成分不均會導致瑞利散射。其中沿光纖軸和光脈沖傳播方向相反的散射稱為瑞利背向散射。這種散射提供了光纖衰減與長度的信息，因為光纖衰減信息可以反映出光纖檢測區(qū)域的溫度變化曲線，APD信號會被放大成電壓信號。所以OTDR的測量曲線能夠準確的發(fā)現(xiàn)固有損耗和非正常損耗之間的差別，因此系統(tǒng)對于溫度報警可以實現(xiàn)空間定位，在系統(tǒng)檢測中可以提高范圍定位的穩(wěn)定性和可靠性。

2.基于準分布式FBG傳感器的光纖報警系統(tǒng)

FBG準分布傳感器技術的原理是通過對外界溫度、壓力等反饋信息對Bragg中心波長調(diào)制實現(xiàn)的。FBG在溫度、壓力等變化都會改變光柵周期和折射率，引起反射波長的變化。

其技術優(yōu)點在于復用能力強，超遠距離準分布式的周邊檢測能力強;對于環(huán)境的適應性強;簡單的結(jié)構容易與其他材料結(jié)合進行更全面的檢測;隱蔽性高，成本低。FBG技術的檢測精度設置可以小到腳步引起的震動，而且跳躍式的判斷結(jié)果也有時間區(qū)域上的準確性，一般應用在橋梁、隧道等的安全監(jiān)測。

3.后向喇曼散射分布式光纖感溫報警技術

這種技術是將窄帶光纖脈沖導入光纖，然后利用雷達原理測量散射光強，對溫度變化實現(xiàn)一種持續(xù)曲線化的測量，是一種光是反射域原理的應用，具有火災等災害預估的提前性。

不穩(wěn)定的激光器可能會是工作中所產(chǎn)生的波長發(fā)生偏移，波分復用器損耗加大。所以在此使用喇曼散射，降低耦合器和復用器損耗，恒壓APD也能夠?qū)庑盘柕难┍腊l(fā)生倍增起到一定的遏制作用，提升采集數(shù)據(jù)的準確性。

三、光纖通信技術對于報警系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

光纖通信技術本身并不是作為一個完整的報警系統(tǒng)來使用，而是依靠準確的數(shù)據(jù)來報告、檢測、預防隱患發(fā)生的。

其中光纖光柵的應用配合報警系統(tǒng)能夠提高系統(tǒng)的自動化、網(wǎng)絡化，其自身結(jié)構簡單、反應速度快、穩(wěn)定的性能具有相當高的優(yōu)勢，也使這種技術可以更加方便的應用在各種類型的檢測中，其技術特性提供給系統(tǒng)準確的數(shù)據(jù)，提升系統(tǒng)整體的安全度。

OTDR準分布技術能夠?qū)PD和LD溫度和偏壓進行高精度的采樣，同時還可以對光信號進行采集和過濾，其檢測出的溫度變化精度要遠遠高于其他技術的采樣，與相關軟硬件結(jié)合后能夠提供更加全面的數(shù)據(jù)支持，對于機房溫度檢測，設備危險報告都有很好的幫助。

FBG的高頻率偏壓數(shù)值曲線能夠良好的反映出震動和壓力變化情況，其高頻率的跳躍特性也使其具有相當準確和及時的數(shù)據(jù)反饋能力，能夠降低數(shù)據(jù)漏報情況，并針對型號模型進行信號模擬，進一步精確頻率間值，并更精確地防止漏報現(xiàn)象的出現(xiàn)。良好的防漏報功能使得完工的工程能夠更加準確及時的提供報告，保證報警系統(tǒng)的全面性。

后向喇曼散射分布技術提高了激光器的穩(wěn)定性，改進了量子阱激光器，對光線耦合效率進行提升，降低波長溫漂的系數(shù)，提高有效脈寬。低損耗的特性使其濾波效果更為細化和明確。喇曼散射信號本身降低了光線脈沖在傳播時可能出現(xiàn)的放大后偏移的情況，而且APD的恒定增壓也使得溫漂系數(shù)的恒定得到保證，讓溫度檢測精度得到改善，并從一定程度上實現(xiàn)溫差補償。此技術的降噪能力較強，信號累加平均，高性能的累加采集卡對系統(tǒng)各項安全性和穩(wěn)定性有大幅提升。這種具有提前性的準確檢測和預估的技術能夠有效準確的報告危險，對于工程施工后的維護工作有很大幫助。

從整體的光纖通信技術來說，激光脈沖、濾波和APD技術的使用使得整個檢測系統(tǒng)的數(shù)值更加準確，數(shù)據(jù)反饋更加高效及時，信息波動規(guī)律的計算相對準確，受環(huán)境影響的程度較低，提高數(shù)據(jù)采集和分析的準確性，提高警報發(fā)布的及時性。

參考文獻:

[1]魏鵬.光纖傳感技術及其在電力系統(tǒng)中的應用前景[J].山東電力高等專科學校學報， 2010.

[2]張笑，柳陽.傾斜光纖光柵傳感器研究進展[J].半導體光電，2010.

[3]林錦海.光纖耦合器的理論、設計及進展[J].物理學進展，2010.

[4]張俠.光纖光柵傳感解調(diào)方法概述[J].中國水運(下半月)，2010.

[5]蘇小杰，高艷磊. 光纖傳感技術在黃金礦山中的應用研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2009.