與傳統電學(xué)傳感器相比，光纖傳感器具備無(wú)源、抗電磁干擾、耐腐蝕、壽命長(cháng)等顯著(zhù)優(yōu)勢，尤其適用于復雜電磁環(huán)境、高溫高壓及遠程監測場(chǎng)合。

應變作為反映結構形變與受力狀態(tài)的關(guān)鍵物理量，其精確測量對橋梁、航空、能源設施的安全運行至關(guān)重要。

目前光纖應變傳感器主要分為強度調制型、偏振調制型、波長(cháng)調制型和相位調制型四大類(lèi)。其中，偏振調制型傳感器因靈敏度高、結構靈活，近年來(lái)備受關(guān)注。

在這一技術(shù)脈絡(luò )中，保偏光纖憑借其優(yōu)異的偏振保持能力，成為實(shí)現高精度偏振調制傳感器的理想載體。

全保偏光纖反射式雙折射干涉應變傳感器的結構與原理

本發(fā)明提出的傳感器采用全保偏光纖結構，主要包括以下組件：

• 第一保偏光纖與第二保偏光纖，兩者以45°角旋轉熔接

• 第二保偏光纖端面涂覆有鍍金反射層

• 保偏耦合器，連接起偏器、手動(dòng)檢偏器與傳感光纖段

圖1 展示光路在保偏光纖中的傳播與干涉過(guò)程

其工作原理可概括為：

寬譜光源發(fā)出的光經(jīng)起偏器變?yōu)榫€(xiàn)偏振光，進(jìn)入保偏光纖后激勵起兩個(gè)正交偏振模。

這兩個(gè)模在光纖中傳播時(shí)因折射率差異產(chǎn)生相位差，經(jīng)鍍金層反射后再次合束，通過(guò)檢偏器發(fā)生干涉，最終在光譜儀上形成干涉譜。

外界應變作用于傳感光纖時(shí)，會(huì )改變光纖的雙折射特性，進(jìn)而引起干涉譜的波長(cháng)漂移，通過(guò)監測這一漂移量即可實(shí)現對應變的高靈敏度測量。

系統搭建與實(shí)驗驗證

在實(shí)際實(shí)驗系統中，我們采用了以下關(guān)鍵器件：

• 寬譜光源（ASE，1530–1565nm）

• 保偏耦合器與手動(dòng)檢偏器

• 高分辨率光譜儀

• 等強度梁與微分頭應變加載裝置

圖2 展示完整的傳感光路與設備連接方式

傳感頭由兩段旋轉45°熔接的保偏光纖構成，粘貼于等強度梁表面。通過(guò)調節微分頭施加不同應變，觀(guān)察光譜儀中干涉波谷的波長(cháng)變化。

實(shí)驗結果表明，干涉波谷波長(cháng)與應變呈良好線(xiàn)性關(guān)系，線(xiàn)性度最高可達98.6%，且波谷隨應變增大向長(cháng)波方向“紅移”，重復性高，穩定性強。

技術(shù)優(yōu)勢與應用潛力

與現有技術(shù)相比，本方案具備以下突出優(yōu)點(diǎn)：

• 結構簡(jiǎn)單：僅需保偏光纖熔接與鍍金處理，工藝成熟，易于制作

• 靈敏度高：基于雙折射干涉原理，對應變響應靈敏，分辨率優(yōu)異

• 成本可控：主要材料為保偏光纖，適合規?；a(chǎn)與應用

• 環(huán)境適應強：全光纖結構，抗電磁干擾，適用于工業(yè)復雜環(huán)境

圖4 展示應變增大時(shí)干涉譜波谷的紅移現象-廣西科毅光通信

這類(lèi)傳感器可廣泛應用于：

• 土木工程結構健康監測

• 航空航天器應變分布測量

• 油氣管道安全監測

• 智能制造中的精密形變感知

與光開(kāi)關(guān)系統的協(xié)同與集成前景

作為光開(kāi)關(guān)研發(fā)與制造企業(yè)，廣西科毅光通信深知光纖傳感系統與光控制設備協(xié)同工作的重要性。

在現代分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò )中，光開(kāi)關(guān)扮演著(zhù)路由選擇、通道切換、系統冗余備份的關(guān)鍵角色。

例如，在多點(diǎn)應變監測系統中，可通過(guò)光開(kāi)關(guān)實(shí)現多傳感單元的時(shí)分復用，顯著(zhù)提升系統容量與經(jīng)濟性。

此外，保偏光纖傳感器輸出的偏振態(tài)信息，也可與保偏光開(kāi)關(guān)結合，構建全偏振保持的光路系統，進(jìn)一步提升信號完整性，降低系統誤報率。

圖5 展示傳感器的高線(xiàn)性響應特性-廣西科毅光通信

未來(lái)，隨著(zhù)光纖傳感朝著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化、智能化、集成化方向發(fā)展，光開(kāi)關(guān)不再僅僅是通道切換設備，更是實(shí)現靈活組網(wǎng)、智能診斷的核心樞紐。

科毅光通信將持續推進(jìn)高可靠性光開(kāi)關(guān)與各類(lèi)光纖傳感器的深度融合，助力工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與智慧基礎設施的建設。

本次基于一項創(chuàng )新的全保偏光纖反射式雙折射干涉應變傳感器專(zhuān)利，系統闡述了其工作原理、實(shí)驗方法與技術(shù)優(yōu)勢。該傳感器結構簡(jiǎn)潔、靈敏度高、適應性強，在結構健康監測等領(lǐng)域具有明確的應用價(jià)值。同時(shí)，我們也看到，光纖傳感系統的效能不僅取決于傳感器本身，還依賴(lài)于光開(kāi)關(guān)、耦合器、光源等配套光器件的協(xié)同支持。

作為國內領(lǐng)先的光開(kāi)關(guān)解決方案提供商，廣西科毅光通信將繼續深耕光器件研發(fā)，推動(dòng)光纖傳感與光通信設備的有機融合，為客戶(hù)提供更穩定、智能、高效的光系統解決方案。

  （注：本文部分內容由AI協(xié)助習作，僅供參考）