光纤类传感器简介

光纤光栅传感器因其抗干扰能力强、长期耐久性高、测量精度高且支持快速采样，在结构物长期监测中得到了广泛应用。依据不同的测量原理，光纤类传感器主要包括以下几类：

• 布拉格光栅传感器（FBG）

• 布里渊散射分布式光纤传感器

• 光纤阵列传感器

• 分布式光纤振动传感器（DAS）

• 光频域反射传感器（OFDR）

1. 波分复用与布拉格光栅光纤传感器（FBG）

结构监测最早应用并至今仍为主流的光纤传感器为布拉格光栅光纤传感器，基于波分复用（WDM）技术开发。WDM技术可将多个不同波长的光信号复合传输于同一根光纤，接收端再将各波长信号解复用。

原理说明：

光纤上精确刻写光栅，宽频入射光进入后，特定波长的光被反射，每个光栅具有特定的中心波长。当光栅受力伸缩，反射波长随之变化，此变化与应变成线性关系。通过反射波长变化可实现对结构应变与温度的精准监测。

通常采用单栅封装形式，即每个传感器单独封装。

2. 时分技术与分布式光纤传感器

分布式光纤传感器由等长度的连续传感单元组成，无盲区布设，可在整根光纤上获取温度、应变、振动等信息。

原理：

光源发出的光通过光纤进入调制区，外界参数引起光强、相位、频谱等变化，生成调制信号。信号经光探测器接收并解调后，可获取应变、温度、位移、形变、压力等数据。

优势：

• 尺寸小、重量轻

• 耐腐蚀、抗电磁干扰

• 可无源布设，易于长距离部署

• 空间分辨率高、传感密度大、无盲区

解调技术常见类型：

3. 波分技术+时分技术：光纤阵列传感器

光纤阵列是将波分+时分混合复用技术应用于光栅光纤之上，能够采用拉丝塔在线写入光纤光栅，利用波分+时分混合复用的方式对海量传感信号进行解调，形成新一代光纤阵列传感系统，兼具“光纤光栅+分布式传感”的优势，具备以下特点：

• 高容量

• 高密度

• 高精度

• 长距离传输

• 高可靠性

弱反射光纤光栅阵列（WFBG）：

• 反射率 < 0.1%

• 每根光纤可密集刻写数万个光栅，栅距小至1mm

• 常采用拉丝塔在线刻栅制备技术

4. 各类光纤传感器对比

5. 强栅阵列在中小跨径桥梁监测中的应用

对于中小跨径桥梁，其传感器布设点位相对较少，可采用强反射FBG组成阵列，配合传统FBG解调设备，大幅降低成本，成为性价比优选方案。

案例：

某中小跨径桥梁监测中，采用6条光纤阵列，其中两根梁布设70个测点，另两根梁布设35个测点，满足精密监测需求。

成本与应用建议

• 分布式光纤解调设备成本高，适用于超长距或灾后快速排查。

• WFBG阵列适用于高密度监测场景。

• 强栅FBG阵列+传统解调系统适合中小型桥梁、隧道等结构的低成本精准监测。

• 新一代低成本OFDR技术正在快速普及，未来或将进一步提升分布式光纤的性价比。