水下光纤光栅应变

可用于50m水下的光纤光栅传感器

在水下 50\text{ m} 的深度,传感器需要承受的静水压力可以通过以下物理公式计算:

P = \rho g h \approx 1000\text{ kg/m}^3 \times 9.8\text{ m/s}^2 \times 50\text{ m} \approx 0.49\text{ MPa}

即传感器需要长期承受约 0.5\text{ MPa} ( 约 5\text{ bar} ) 的外压。在水下及高静水压环境下,光纤光栅( FBG )应变传感器面临的核心技术挑战包括:

  1. 长期密封可靠性:普通胶粘或非气密封装的 FBG 传感器在长期水下高压下,水分极易渗透,导致光纤受潮、胶层降解以及信号漂移。因此,必须采用物理屏障式的硬密封技术。
  2. 应变传递与耐压平衡:传感器的封装外壳需在抵抗径向静水压力的同时,保持良好的轴向弹性,以准确地将结构的轴向应变传递到内部的光纤光栅上。
  3. 耐腐蚀性:水下环境(尤其是海水或含有化学物质的水体)要求封装材料具备极强的抗腐蚀能力,通常需采用不锈钢(如 316L )或特殊弹性合金。

大成永盛 (OFSCN®) 的光纤光栅应变传感器产品线中,有以下几款产品可有效满足水下 50\text{ m} 的应变测量需求:


1. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor (合金管封装光纤光栅应变传感器)

  • 技术原理:该产品采用整体无缝的弹性合金管进行封装,金属材质提供了天然的气密性保护,能够完全隔离水分子和高静水压( 远超 0.5\text{ MPa} ),确保内部光纤光栅处于干燥且无横向受压的环境中。
  • 主要参数:默认产品外径 \le 1.1\text{ mm} ,形变量程 \ge 6000\ \mu\varepsilon 。标配 FC/APC 接头,极其适合微小空间或需要高灵敏度传导的表面贴装与埋设。



2. OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter) (高分子封装无缝钢管保护系列 - 细径)

  • 技术原理:采用高分子材料封装光纤光栅,并在高分子层外增加一层无缝钢管保护层。这种多层复合结构极大增强了机械强度与防水防潮性能,能有效抵御水下静水压力,防止水分渗入。
  • 主要参数:增加无缝钢管保护层后外径 \le 1.2\text{ mm} ,每个测量段长度可在 10\text{ cm} 1\text{ m} 范围内定制。


3. OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (1.5mm/2.3mm diameter) (高分子封装无缝钢管保护系列 - 增强型)

  • 技术原理:与上述 1.2mm 细径款原理相同,但具有更厚的外壁。采用更粗的不锈钢无缝钢管进行二次嵌套,从而提供了更强的抗压、抗拉、防渗漏和防物理损坏能力,更适合于复杂的野外水工结构( 如大坝、水下桩基 )的长期应变监测。
  • 主要参数:增加无缝钢管保护层后外径 \le 2.3\text{ mm} ,默认应变量程 \ge 6000\ \mu\varepsilon


部署与安装建议

50\text{ m} 水下安装应变传感器时,除了传感器自身的防水防压之外,传输光缆的密封以及接头处的防水保护同样是系统成败的关键。建议:

  1. 选用带有金属铠装或无缝钢管保护的传输光纤跳线,以防止水下侧压破坏。
  2. 传感器在水下焊接或粘贴定位后,应对暴露的接头和引出端进行二次硫化橡胶或高压防水灌封胶( 如聚氨酯胶 )密封,确保整体监测链路的长期稳定性。

您好!针对您在水下 50\text{ m} 深度(约 0.5\text{ MPa} 静水压力)进行光纤光栅(FBG)应变测量的工况,大成永盛(OFSCN®)拥有多款防渗漏、耐高压的封装方案。

为了帮您在合金管封装与复合无缝钢管保护系列中,更精准地匹配最适合的型号和安装配件,我们需要向您了解以下 1 至 2 个最关键的技术工况信息:

  1. 安装对象与方式:您的被测结构物是什么材质(例如钢结构、混凝土、管道或大坝等)?传感器是需要表面贴装(如胶粘、点焊或固定夹具固定),还是需要直埋在结构物/介质内部?
  2. 温度补偿需求:测点位置的水温变化情况如何?由于 FBG 对应变和温度同时敏感,您是否需要大成永盛(OFSCN®)在传感器结构中内置温度补偿光栅,或者额外加装专用的光纤光栅温度传感器进行高精度的温补校准?

期待您的反馈,我们将根据您的具体使用环境提供最佳的方案支持!