光納儀

光納儀是利用光纖作為感測器，具有高精度（±25με）高空間解析度（10cm）的測量儀器。在管道、建築物等結構體上敷設光纖，就可以測量該部位的應變和溫度。

基本介紹

• 中文名：光納儀
• 空間解析度：10cm
• 最大測量距離：1km
• 應變測量精度：25με

簡介

光納儀可以用於監控工廠設備的運行狀態，結構體的應變狀況等。並且還可以依據獲得的信息，使用反分析技術，把結構體的性質和狀態以可視化的圖像表達出來以提供各種易於理解的信息。

光納儀

還可以用於石油、工廠的管道、混凝土建築物等的健康監控，也就是通過事先檢測出異常發生前的應變或溫度變化，進行結構體的健康監測。

技術原理

基於新一代應變分布測量技術——PPP-BOTDA (Pulse-PrePump Brillouin Optical Time Domain Analysis)、同時實現了10cm的空間解析度和±0.0025%的應變測量精度。

光纖感測器能夠測量線狀或面狀的應變分布，其在監測系統中的套用，已經成為一個備受矚目的研究熱點。然而，目前的“光纖應變測量儀”，僅具有1m的空間解析度及±0.01%的應變測量精度，因此在套用中受到了很多的限制。

光納株式會社與加拿大OTTAWA大學的X.Bao教授合作，在2004年開發了PPP-BOTDA技術。利用這個技術可以解決上述測量精度以及空間解析度的問題

BOTDA的基本原理是：分別從光纖的兩端注入短脈衝光和連續探測光，通過測量光纖中受激布里淵散射光的頻率變化，就能獲得光纖軸向各點的應變信息。為獲得較高的空間解析度，通常的手段是減小脈衝光寬度，然而，由於聲子的激發需要28ns，縮短脈衝光寬度同時會導致布里淵增益的減弱和頻譜形態的劣化。新的PPP-BOTDA技術，通過改變泵浦光的形態，在測量的脈衝光發出前，增加一段預泵浦脈衝波來激發聲子。利用這種方法，可以同時獲得10cm空間解析度和±0.0025%應變測量精度。

PPP-BOTDA與普通BOTDA技術的對比

	PPP-BOTDA	既存技術（BOTDA）
		1m
		×
		約100με
溫度測量精度	0.6℃	1℃
測量時間	3min	2min

典型套用

1、管道內壁侵蝕監測

在重視資源和環保的經濟環境中，對工事設施的實時監測和有效維護已成為各行業的重要課題。

在該領域中尤其是管道安全監測方面的問題，通過光纖感測系統能得以完善的解決。利用光納儀和光纖感測器，開發了針對管道內壁侵蝕的分散式監測系統，並已得到了實際套用。

2、土木結構體監測

光納儀作為新一代光纖感測系統在性能和精度上都優於傳統的監測手段，所以能廣泛套用於土木領域，如橋樑、隧道、大壩、大型鋼結構等的健康監測。

● 大範圍應變的分布

● 表面與內部的龜裂

● 鋼筋、光纜的侵蝕

● 溫度分布的變化

3、航空航天套用

在航空航天領域裡，碳纖維增強塑膠(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)的研究發展迅速。經過長年的研究，把碳纖維多層重疊形成複合材料的技術，現在主要用於飛機的機體等。

在多層碳纖維之間嵌入光纖，能有效監控複合材料成型時的品質；並且通過光纖的分散式感測能監控飛機飛行前後的機身狀況變化，起到實時監測和預警的作用。

● CFRP·複合材料的變形監測

利用光纖感測器，通過溫度、外力的變化，能夠監測複合材料應變分布的變化和形變。

● CFRP·複合材料成型品質監控

利用光纖感測系統,可監測複合材料的成型過程。

4、光纖光纜開發

製造光纖光纜的時候，需要使用儀器監測其品質。光納儀具有高度的空間解析度，能滿足各光纖製造商實際使用需求。

5、光陀螺儀開發

現代陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器，它是現代航空，航海，航天和國防工業中廣泛使用的一種慣性導航儀器。傳統的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀，機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高，結構複雜，它的精度受到了很多方面的制約。光纖陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優點，所以目前光纖陀螺儀在很多的領域已經完全取代了機械式的傳統的陀螺儀，成為現代導航儀器中的關鍵部件。

光納儀在光纖陀螺儀的生產流程中能對其進行品質上的監控，從而提高光纖陀螺儀品質的穩定性。

● 抗低溫試驗

抗低溫試驗

用光納儀測量低溫環境下產生的熱應力，監控和改善加工品質。

● 品質管理

提高光陀螺儀的成品率與品質的穩定性。