【正文】 按照用途來(lái)分類（1）光纖光柵應(yīng)變傳感器此種傳感器是在工程領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛，技術(shù)最成熟的光纖傳感器。應(yīng)變直接影響光纖光柵的波長(zhǎng)漂移，在工作環(huán)境較好或是待測(cè)結(jié)構(gòu)要求精小傳感器的情況下，人們將裸光纖光柵作為應(yīng)變傳感器直接粘貼在待測(cè)結(jié)構(gòu)的表面或者是埋設(shè)在結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。由于光纖光柵比較脆弱，在惡劣工作環(huán)境中非常容易破壞，因而需要對(duì)其進(jìn)行封裝后才能使用。目前常用的封裝方式主要有基片式、管式和基于管式的兩端夾持式。 (2)光纖光柵溫度傳感器　　溫度是國(guó)際單位制給出的基本物理量之一，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中需要經(jīng)常測(cè)量和控制的主要參數(shù)，同時(shí)也是與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的一個(gè)重要物理量。目前，比較常用的電類溫度傳感器主要是熱電偶溫度傳感器和熱敏電阻溫度傳感器。光纖溫度傳感與傳統(tǒng)的傳感器相比有很多優(yōu)點(diǎn)，如靈敏度高，體積小，耐腐蝕，抗電磁輻射，光路可彎曲，便于遙測(cè)等?；诠饫w光柵技術(shù)的溫度傳感器，采用波長(zhǎng)編碼技術(shù)，消除了光源功率波動(dòng)及系統(tǒng)損耗的影響，適用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。而且多個(gè)光纖光柵組成的溫度傳感系統(tǒng)，采用一根光纜，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測(cè)量。 　　溫度也是直接影響光纖光柵波長(zhǎng)變化的因素，人們常常直接將裸光纖光柵作為溫度傳感器直接應(yīng)用。同光纖光柵應(yīng)變傳感器一樣，光纖光柵溫度傳感器也需要進(jìn)行封裝，封裝技術(shù)的主要作用是保護(hù)和增敏，人們希望光纖光柵能夠具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和較長(zhǎng)的壽命，與此同時(shí)，還希望能在光纖傳感中通過(guò)適當(dāng)?shù)姆庋b技術(shù)提高光纖光柵對(duì)溫度的響應(yīng)靈敏度。 nm/℃左右，這樣對(duì)于工作波長(zhǎng)在1550nm的光纖光柵來(lái)說(shuō)，測(cè)量100℃的溫度范圍波長(zhǎng)變化僅為lnm。應(yīng)用分辨率為lpm的解碼儀進(jìn)行解調(diào)可獲得很高的溫度分辨率，而如果因?yàn)樵O(shè)備的限制，采用分辨率為0. 06nm的光譜分析儀進(jìn)行測(cè)量，其分辨率僅為6度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際測(cè)量的需要。目前常用的封裝方式有基片式、管式和聚合物封裝方式等。 (3)光纖光柵位移傳感器　　研究人員開展了應(yīng)用光纖光柵進(jìn)行位移測(cè)量的研究，目前這些研究都是通過(guò)測(cè)量懸臂梁表面的應(yīng)變，然后通過(guò)計(jì)算求得懸臂梁垂直變形，即懸臂梁端部垂直位移。這種“位移傳感器”不是真正意思上的位移傳感器，目前這種傳感器在實(shí)際工程已取得了應(yīng)用，國(guó)內(nèi)亦具有商品化產(chǎn)品。 (4)光纖光柵加速度計(jì):　　1996年，美國(guó)的Berkoff等人利用光纖光柵的壓力效應(yīng)設(shè)計(jì)了光纖光柵振動(dòng)加速度計(jì)。轉(zhuǎn)換器由質(zhì)量板、基板和符合材料組成，質(zhì)量板和基板都是6mm厚的鋁板，基板作為剛性板起支撐作用，中間為8mm厚的復(fù)合材料夾在兩鋁板中間起彈簧的作用。在質(zhì)量塊的慣性力作用下，埋在復(fù)合材料中的光纖光柵受到橫向力作用產(chǎn)生應(yīng)變，從而導(dǎo)致光纖光柵的布拉格波長(zhǎng)變化。，Todd采用雙撓性梁作為轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)了光柵加速度計(jì)。加速度傳感器由兩個(gè)矩形梁和一個(gè)質(zhì)量塊組成，質(zhì)量塊通過(guò)點(diǎn)接觸焊接在兩平行梁中間，光纖光柵貼在第二個(gè)矩形梁的下表面。在傳感器受到振動(dòng)時(shí)，在慣性力的作用下，質(zhì)量塊帶動(dòng)兩個(gè)矩形梁振動(dòng)使其產(chǎn)生應(yīng)變，傳遞給光纖光柵引起波長(zhǎng)移動(dòng)。這種傳感器也在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有了商品化的產(chǎn)品。 (5)光纖光柵壓力傳感器　　對(duì)拉力或壓力的監(jiān)測(cè)也是監(jiān)測(cè)的一部分重要內(nèi)容，如橋梁結(jié)構(gòu)的拉索的整體索力、高緯度海洋平臺(tái)的冰壓力，以及道路的土壤壓力，水壓力等。哈工大歐進(jìn)萍等人相繼開發(fā)出了光纖光柵拉索壓力環(huán)和光纖光柵冰壓力傳感器，英國(guó)海軍研究中心開發(fā)了光纖光柵土壤壓力傳感器，用以監(jiān)測(cè)公路內(nèi)部的荷載情況。并且各國(guó)相繼開始光纖光柵油氣井壓力傳感器的研究工作。 　　除以上介紹的光纖光柵傳感器外，光纖光柵研究人員和傳感器設(shè)計(jì)人員基于光纖光柵的傳感原理，還設(shè)計(jì)出光纖光柵伸長(zhǎng)計(jì)，光纖光柵曲率計(jì)，光纖光柵濕度計(jì)，以及光纖光柵傾角儀，光纖光柵連通管等。此外，人們還通過(guò)光纖光柵應(yīng)變傳感器制成用于測(cè)量公路運(yùn)輸情況的運(yùn)輸計(jì)、用于測(cè)量公路施工過(guò)程中瀝青應(yīng)變的應(yīng)變計(jì)等。按照光纖光柵沿軸線方向纖芯折射率分布變化的規(guī)律特征來(lái)分，通常分為均勻周期和非均勻周期兩大類。前者柵格周期為一個(gè)定值；后者柵格周期是變化的，變化規(guī)律有很多種。均勻周期光纖光柵分為光纖布拉格光柵、長(zhǎng)周期光纖光柵、閃耀光柵；非均勻周期光纖光柵分為啁啾光纖光柵、相移光纖光柵、超結(jié)構(gòu)光纖光柵、Tapered光纖光柵、Moive光纖光柵。全光纖電流傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作和安裝都十分方便，克服了直接光測(cè)法的缺點(diǎn)，適合于局部放電在線監(jiān)測(cè)[基于光纖電流傳感器的局部放電檢測(cè)方法研究]。光源發(fā)出的基本光強(qiáng)為J0，光束經(jīng)過(guò)起偏器后成為線偏振光，在磁場(chǎng)的作用下發(fā)生方位角旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)檢偏器入射到光探測(cè)器，其中起偏器與檢偏器之間的夾角為45176。，光探測(cè)器接收到的光強(qiáng)J1。光纖電流傳感器的傳感頭材料屬于逆磁性介質(zhì)，它的Verdet常數(shù)隨著波長(zhǎng)增大而減小，所以波長(zhǎng)不易選擇得太長(zhǎng)：另一方面當(dāng)波長(zhǎng)小于0．5um時(shí)，逆磁性介質(zhì)對(duì)光的吸收比較大，光纜的光散射損耗明顯增大，單模光纖中心玻璃芯很細(xì)(芯徑一般為9或10岬)，只能傳一種模式的光，因此，其模間色散很小。在1．3lum波長(zhǎng)處，單模光纖的材料色散和波導(dǎo)色散一為正、一為負(fù)，大小也正好相等。這就是說(shuō)在1．3 l um波長(zhǎng)處，單模光纖的總色散為零。從光纖的損耗特性來(lái)看，一般是隨波長(zhǎng)加長(zhǎng)而光纖損耗減小，1．3 um處正好是光纖的一個(gè)低損耗窗口。這樣，1．31um波長(zhǎng)區(qū)就成了光纖一個(gè)很理想的工作窗口，綜合考慮選擇1310 nm波長(zhǎng)，其Verdet常數(shù)為1．0861 0～rad／A。光路中各個(gè)部分都需要緊密連接在一起，確保系統(tǒng)全封閉以保證光路損耗最小，且外部干擾光不能進(jìn)入到光纖中。光纖連接分為永久性融焊連接和活動(dòng)連接(可拆卸連接)兩種。本文主要應(yīng)用活動(dòng)連接器進(jìn)行光纖的活動(dòng)連接，同時(shí)在偏振器件之間采用了永久性融焊連接，用以確保光路傳輸?shù)拿荛]性。光纖活動(dòng)連接器是實(shí)現(xiàn)光纖之間活動(dòng)連接的無(wú)源光器件，它還有將光纖與有源器件、光纖與其它無(wú)源器件，光纖與系統(tǒng)和儀表進(jìn)行連接的功能。活動(dòng)連接器伴隨著光通信的發(fā)展而發(fā)展，是光纖應(yīng)用領(lǐng)域中不可缺少的、應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)元件之一。活動(dòng)連接器是指兩個(gè)連接器插頭加一個(gè)轉(zhuǎn)換器，即三個(gè)主要組成部分：中心對(duì)準(zhǔn)部件，兩個(gè)相同的帶兩根尾纖的插入件，如圖3．2所示。連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思想在高精度襯套的外徑中心與光纖芯子的中心～致時(shí)，把光纖從內(nèi)表面精度很高的套筒兩端插入，并使兩端與襯套同心的光纖對(duì)接。這種結(jié)構(gòu)主要為了兩根光纖端面清潔工作的需要。影響連接器連接部分的傳輸損耗的因素包括附加端面處與空氣層相接觸的端面反射損耗(約為0 l dB)。此外軸線的偏差應(yīng)在芯子直徑的P分之一以下。使光纖在轉(zhuǎn)換器或變換器中完成插拔功能的部件稱為插頭，連接囂插頭由插針體和若干外部機(jī)械結(jié)構(gòu)零件組成。兩個(gè)插頭在插入轉(zhuǎn)換囂或變換器后可以宴現(xiàn)光纖之間的對(duì)接：插頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)用于對(duì)光纖進(jìn)行有效的保護(hù)。插針是一個(gè)帶有微孔的精密圓柱體，插針的套筒用金屬制成，在套筒中心有一使光纖剛好插入、與外圓高度同心的小孔。連接器的插針部件使用中，不能旋的太緊，否則會(huì)影響端面的禍合，增加連接器的插人損耗；插針的外圓與纖芯必須高度同心。插頭按其端面的形狀可分為3類：Pc型SPC型、APC型。本文選擇的FC／PC型插頭端面曲率半徑最大，近乎平面接觸，反射損耗最低，{0．3 dB。把光纖接頭連接在一起，從而使光纖接通的器件稱為轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器俗稱法蘭盤?；顒?dòng)連接器插針體端面是弧狀的．反射很小。由一個(gè)法蘭盤和兩個(gè)帶尾纖單心光纜的插針體組成，由螺紋將其固定起來(lái)。法蘭盤型為C型插孔，具有一定的彈性，便于兩光纖間精確準(zhǔn)直，適合用于單模光纖連接器。常溫、單模使用的情況下端面反射損耗為0 2 dB左右。(a)連接前的活動(dòng)連接囂(b)組裝后的活動(dòng)連接器圖3．2與外圓高度同心的小孔。連接器的插針部件使用中，不能旋的太緊，否則會(huì)影響端面的禍合，增加連接器的插人損耗；插針的外圓與纖芯必須高度同心。插頭按其端面的形狀可分為3類：Pc型、SPC型、APC型。本文選擇的FC／PC型插頭端面曲率半徑最大，近乎平面接觸，反射損耗最低，{0．3 dB。把光纖接頭連接在一起，從而使光纖接通的器件稱為轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器俗稱法蘭盤?；顒?dòng)連接器插針體端面是弧狀的．反射很小。由一個(gè)法蘭盤和兩個(gè)帶尾纖單心光纜的插針體組成，由螺紋將其固定起來(lái)。法蘭盤型為C型插孔，具有一定的彈性，便于兩光纖間精確準(zhǔn)直，適合用于單模光纖連接器。常溫、單模使用的情況下端面反射損耗為0 2 dB左右。局放信號(hào)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖5．1所示，采用全封閉光纖電流傳感器采集局放信號(hào)，傳感器的光源波長(zhǎng)為1310 nm，功率為1．7 mW，光電探測(cè)器響應(yīng)度為O．97～W，響應(yīng)時(shí)間為O．5 ns，外接l k．O檢測(cè)阻抗，傳感光纖100 m，閉合光路直徑為6 cm，光圈數(shù)為500。通過(guò)傳輸光纖將光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理電路連接到遠(yuǎn)離干擾的地點(diǎn)，加裝雙層金屬電磁屏蔽外殼并接地。數(shù)字示波器TDS3052B最大采樣率為每秒2．5x109采樣點(diǎn)，帶寬300 MHz。R為5 MQ限流水電阻， C為50 pF耦合電容。局部放電與絕緣缺陷類型密切相關(guān)，不同類型的局放，信號(hào)特征也不同，這是正確判斷某一類型放電的重要依據(jù)[8t831。本文設(shè)計(jì)了5種有代表性的放電模型，放電模型的結(jié)構(gòu)如圖52所示：正負(fù)電極均固定在絕緣支架上，(a)為帶油紙絕緣屏障尖．板放電模型，高壓針尖曲率半徑小于0．1 mm，接地電極為直徑50mm，厚10 mm的圓形銅板，板電極上放置100100l mm油浸絕緣紙板，尖板距離為3 mm；(b)為帶油紙絕緣屏障板板放電模型，板電極上放置100100x1 mm油浸絕緣紙板，板板電極距離為3 mm；(c)為內(nèi)部放電模型，放電模型上下2層均采用厚2．5 mm的環(huán)氧樹脂板，中間l層采用l mm厚的油浸絕緣紙板作絕緣介質(zhì)，絕緣紙板上開有一直徑為1 mm的圓孔，絕緣板之間用環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)。(d)為沿放電模型，兩個(gè)圓形銅板之間縱向放置一個(gè)直徑20 mm，長(zhǎng)5 mm的環(huán)氧樹脂絕緣柱：(e)為懸浮放電模型，兩個(gè)直徑50 mill，厚10 mm圓形銅板電極之間距離為10 mm，接地電極上放5252x5 mm環(huán)氧樹脂板。每次實(shí)驗(yàn)環(huán)氧樹脂板上面靠近邊緣處放置(Dl x5 mm銅絲。電極表面和邊緣均打磨光滑。實(shí)驗(yàn)步驟為：(1)為了確保試驗(yàn)過(guò)程中高壓線路不發(fā)生放電，需要通過(guò)預(yù)加電壓測(cè)定高壓線路最低放電電壓。在未放置試品情況下，連接好實(shí)驗(yàn)線路．逐步升高實(shí)驗(yàn)電壓，一旦示波器出現(xiàn)放電脈沖．記錄此時(shí)電壓，即為檢測(cè)線路最低破電電壓，也是晟大允許試驗(yàn)電壓。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候。試驗(yàn)電壓不應(yīng)超過(guò)這個(gè)數(shù)值，否則線路將發(fā)生電暈放電，采集到的信號(hào)為混合放電脈沖，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(2)放置好試品后，均勻緩慢升高實(shí)驗(yàn)電壓，如示波器一旦出現(xiàn)放電脈沖．記錄此時(shí)實(shí)驗(yàn)電壓，即為放電模型起始放電電壓；接地線處理不當(dāng)，會(huì)給檢測(cè)帶來(lái)干擾，因此實(shí)驗(yàn)回路采取一點(diǎn)接地，防止地線環(huán)流產(chǎn)生干擾：室驗(yàn)設(shè)各和線路連接緊湊．盡可能減小實(shí)驗(yàn)回路的尺寸，周圍的其他設(shè)備和物體盡量遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)并可靠接地。(3)放電量校正：斷開電源接線，用標(biāo)定方波發(fā)生器代替電源校正回路的標(biāo)定單位幅值放電量，標(biāo)定單位幅值放電量有I 00、1000 pc三個(gè)檔[1] 李福祺 [2][3] 超寬頻帶局部放電傳感器的研究 成永紅 李 偉 謝恒 高電壓技術(shù) 24（1） 1993[4] ，胡芳，周粲. (5).2003[5] ［日］和田，［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,[6] Judd M D,Cleary G P,Bennoch C J,et al .Power transformer monitoring using UHF sensors:site trials[DB/OL],Conference Record of the 2002 IEEE International Symposium on Electrical Insulation,Boston,MA USA,Apr 710,2002[7] 基于紅外測(cè)溫技術(shù)的高壓電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測(cè)傳感器的研究 楊 武, 王小華, 榮命哲, 賈申利. 中 國(guó) 電 機(jī) 工 程 學(xué) (9) 2002