光柵傳感器工作原理：光纖光柵傳感器 第1張" title="光纖光柵傳感器工作原理：光纖光柵傳感器 第1張-傳感器知識(shí)網(wǎng)"/>
光纖光柵傳感器工作原理：光纖光柵傳感器
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光纖光柵傳感器
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本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目
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。
光纖光柵傳感器（Fiber Grating Sensor ）屬于光纖傳感器的一種，基于光纖光柵的傳感過程是通過外界物理參量對(duì)光纖布拉格（Bragg）波長(zhǎng)的調(diào)制來獲取傳感信息，是一種波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器。
中文名
光纖光柵傳感器
外文名
Fiber Grating Sensor
類 別
光纖傳感器
類 型
波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器
分 類
溫度傳感器、加速度傳感器等
學(xué) 科
電子工程、物理
目錄
1
簡(jiǎn)介
2
分類
?
應(yīng)變
?
溫度
?
位移
?
加速度計(jì)
?
壓力
3
特點(diǎn)
4
應(yīng)用
光纖光柵傳感器簡(jiǎn)介
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語音
光纖光柵傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、應(yīng)變等物理量的直接測(cè)量。由于光纖光柵波長(zhǎng)對(duì)溫度與應(yīng)變同時(shí)敏感，即溫度與應(yīng)變同時(shí)引起光纖光柵耦合波長(zhǎng)移動(dòng)，使得通過測(cè)量光纖光柵耦合波長(zhǎng)移動(dòng)無法對(duì)溫度與應(yīng)變加以區(qū)分。因此，解決交叉敏感問題，實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)力的區(qū)分測(cè)量是傳感器實(shí)用化的前提。通過一定的技術(shù)來測(cè)定應(yīng)力和溫度變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和應(yīng)力區(qū)分測(cè)量。這些技術(shù)的基本原理都是利用兩根或者兩段具有不同溫度和應(yīng)變響應(yīng)靈敏度的光纖光柵構(gòu)成雙光柵溫度與應(yīng)變傳感器，通過確定2個(gè)光纖光柵的溫度與應(yīng)變響應(yīng)靈敏度系數(shù)，利用2個(gè)二元一次方程解出溫度與應(yīng)變。區(qū)分測(cè)量技術(shù)大體可分為兩類，即多光纖光柵測(cè)量和單光纖光柵測(cè)量。多光纖光柵測(cè)量主要包括混合FBG/長(zhǎng)周期光柵（long period grating）法、雙周期光纖光柵法、光纖光柵/F-P腔集成復(fù)用法、雙FBG重疊寫入法。各種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。FBG/LPG法解調(diào)簡(jiǎn)單，但很難保證測(cè)量的是同一點(diǎn)，精度為9×10-6，1.5℃。雙周期光纖光柵法能保證測(cè)量位置，提高了測(cè)量精度，但光柵強(qiáng)度低，信號(hào)解調(diào)困難。光纖光柵/F-P腔集成復(fù)用法傳感器溫度穩(wěn)定性好、體積小、測(cè)量精度高，精度可達(dá)20×10-6，1℃，但F-P的腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)困難，信號(hào)解調(diào)復(fù)雜。雙FBG重疊寫入法精度較高，但是，光柵寫入困難，信號(hào)解調(diào)也比較復(fù)雜。單光纖光柵測(cè)量主要包括用不同聚合物材料封裝單光纖光柵法、利用不同的FBG組合和預(yù)制應(yīng)變法等。用聚合物材料封裝單光纖光柵法是利用某些有機(jī)物對(duì)溫度和應(yīng)力的響應(yīng)不同增加光纖光柵對(duì)溫度或應(yīng)力靈敏度，克服交叉敏感效應(yīng)。這種方法的制作簡(jiǎn)單，但選擇聚合物材料困難。利用不同的FBG組合法是把光柵寫于不同折射率和溫度敏感性或不同溫度響應(yīng)靈敏度和摻雜材料濃度的2種光纖的連接處，利用不同的折射率和溫度靈敏性不同實(shí)現(xiàn)區(qū)分測(cè)量。這種方法解調(diào)簡(jiǎn)單，且解調(diào)為波長(zhǎng)編碼避免了應(yīng)力集中，但具有損耗大、熔接處易斷裂、測(cè)量范圍偏小等問題。預(yù)制應(yīng)變法是首先給光纖光柵施加一定的預(yù)應(yīng)變，在預(yù)應(yīng)變的情況下將光纖光柵的一部分牢固地粘貼在懸臂梁上。應(yīng)力釋放后，未粘貼部分的光纖光柵形變恢復(fù)，其中心反射波長(zhǎng)不變；而粘貼在懸臂梁上的部分形變不能恢復(fù)，從而導(dǎo)致了這部分光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)改變，因此，這個(gè)光纖光柵有2個(gè)反射峰，一個(gè)反射峰（粘貼在懸臂梁上的部分）對(duì)應(yīng)變和溫度都敏感；另一個(gè)反射峰（未粘貼部分）只對(duì)溫度敏感，通過測(cè)量這2個(gè)反射峰的波長(zhǎng)漂移可以同時(shí)測(cè)量溫度和應(yīng)變。
[1]
光纖光柵傳感器分類
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語音
這些傳感器主要包括光纖光柵應(yīng)變傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、液位傳感器等。
光纖光柵傳感器應(yīng)變
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。
[1]
光纖光柵傳感器溫度
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。基于光纖光柵技術(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。普通的光纖光柵其溫度靈敏度只有0.010 nm/℃左右，這樣對(duì)于工作波長(zhǎng)在1550nm的光纖光柵來說，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。
[2]
光纖光柵傳感器位移
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測(cè)量懸臂梁表面的應(yīng)變，然后通過計(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。
[2]
光纖光柵傳感器加速度計(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、基板和復(fù)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。采用非平衡M-Z干涉儀對(duì)光纖光柵的應(yīng)變與加速度間的關(guān)系進(jìn)行解調(diào).1998年，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。
[2]
光纖光柵傳感器壓力
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)量公路施工過程中瀝青應(yīng)變的應(yīng)變計(jì)等。
[2]
光纖光柵傳感器特點(diǎn)
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語音
1、抗電磁干擾：一般電磁輻射的頻率比光波低許多，所以在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)不受電磁干擾的影響。2、電絕緣性能好，安全可靠：光纖本身是由電介質(zhì)構(gòu)成的，而且無需電源驅(qū)動(dòng)，因此適宜于在易燃易爆的油、氣、化工生產(chǎn)中使用。3、耐腐蝕，化學(xué)性能穩(wěn)定：由于制作光纖的材料一石英具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，因此光纖傳感器適宜于在較惡劣環(huán)境中使用。4、體積小、重量輕，幾何形狀可塑。5、傳輸損耗小：可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控監(jiān)測(cè)。6、傳輸容量大：可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分布式測(cè)量。7、測(cè)量范圍廣：可測(cè)量溫度、壓強(qiáng)、應(yīng)變、應(yīng)力、流量、流速、電流、 電壓、液位、液體濃度、成分等。
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光纖光柵傳感器應(yīng)用
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語音
自從1989年美國(guó)的Morey等人首次進(jìn)行光纖光柵的應(yīng)變與溫度傳感器研究以來，世界各國(guó)都對(duì)其十分關(guān)注并開展了廣泛的應(yīng)用研究，在短短的10多年時(shí)間里光纖光柵己成為傳感領(lǐng)域發(fā)展最快的技術(shù)，并在很多領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用，如航空航天、土木工程、復(fù)合材料、石油化工等領(lǐng)域。1、土木及水利工程中的應(yīng)用土木工程中的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)是光纖光柵傳感器應(yīng)用最活躍的領(lǐng)域。力學(xué)參量的測(cè)量對(duì)于橋梁、礦井、隧道、大壩、建筑物等的維護(hù)和健康狀況監(jiān)測(cè)是非常重要的.通過測(cè)量上述結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布，可以預(yù)知結(jié)構(gòu)局部的載荷及健康狀況.。光纖光柵傳感器可以貼在結(jié)構(gòu)的表面或預(yù)先埋入結(jié)構(gòu)中，對(duì)結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行健康檢測(cè)、沖擊檢測(cè)、形狀控制和振動(dòng)阻尼檢測(cè)等，以監(jiān)視結(jié)構(gòu)的缺陷情況.。另外，多個(gè)光纖光柵傳感器可以串接成一個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)分布式檢測(cè)，可以用計(jì)算機(jī)對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。2、在橋梁安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用目前， 應(yīng)用光纖光柵傳感器最多的領(lǐng)域當(dāng)數(shù)橋梁的安全監(jiān)測(cè)。斜拉橋斜拉索、懸索橋主纜及吊桿和系桿拱橋系桿等是這些橋梁體系的關(guān)鍵受力構(gòu)件，其他土木工程結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力錨固體系，如結(jié)構(gòu)加固采用的錨索、錨桿也是關(guān)鍵的受力構(gòu)件。上述受力構(gòu)件的受力大小及分布變化最直接地反映結(jié)構(gòu)的健康狀況，因此對(duì)這些構(gòu)件的受力狀況監(jiān)測(cè)及在此基礎(chǔ)上的安全分析評(píng)估具有重大意義。加拿大卡爾加里附近的Beddington Trail 大橋是最早使用光纖光柵傳感器進(jìn)行測(cè)量的橋梁之一(1993 年)， 16 個(gè)光纖光柵傳感器貼在預(yù)應(yīng)力混凝土支撐的鋼增強(qiáng)桿和炭纖復(fù)合材料筋上，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)， 而這在以前被認(rèn)為是不可能。德國(guó)德累斯頓附近A 4 高速公路上有一座跨度72 m的預(yù)應(yīng)力混凝土橋， 德累斯頓大學(xué)的Meis－sner 等人將布拉格光柵埋入橋的混凝土棱柱中， 測(cè)量荷載下的基本線性響應(yīng)， 并且用常規(guī)的應(yīng)變測(cè)量?jī)x器作了對(duì)比試驗(yàn)， 證實(shí)了光纖光柵傳感器的應(yīng)用可行性。瑞士應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室， 在瑞士洛桑附近的V aux 箱形梁高架橋的建造過程中， 使用了32個(gè)光纖光柵傳感器對(duì)箱形梁被推拉時(shí)的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)變進(jìn)行了監(jiān)測(cè)， 32個(gè)光纖光柵分布于箱形梁的不同位置、用掃描法- 泊系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)解調(diào)。2003年6月，同濟(jì)大學(xué)橋梁系史家均老師主持的盧浦大橋健康檢測(cè)項(xiàng)目中，采用了上海紫珊光電的光纖光柵傳感器，用于檢測(cè)大橋在各種情況下的應(yīng)力應(yīng)變和溫度變化情況。施工情況：整個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目的實(shí)施主要包括傳感器布設(shè)、數(shù)據(jù)測(cè)量和數(shù)據(jù)分析三大步。在盧浦大橋選定的端面上布設(shè)了8個(gè)光纖光柵應(yīng)變傳感器和4個(gè)光纖光柵溫度傳感器，其中8個(gè)光纖光柵應(yīng)變傳感器串接為1路，4個(gè)溫度傳感器串接為1路，然后通過光纖傳輸?shù)綐蚬芩瑢?shí)現(xiàn)大橋的集中管理。數(shù)據(jù)測(cè)量的周期根據(jù)業(yè)主的要求來確定，通過在橋面加載的方式，利用光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀，完成橋梁的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試。3、在混凝土梁應(yīng)變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用1989年，美國(guó)Brown University 的Mendez 等人首先提出把光纖傳感器埋入混凝土建筑和結(jié)構(gòu)中， 并描述了實(shí)際應(yīng)用中這一研究領(lǐng)域的一些基本設(shè)想。此后， 美國(guó)、英國(guó)、加拿大、日本等國(guó)家的大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)投入了很大力量研究光纖傳感器在智能混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。在混凝土結(jié)構(gòu)澆注時(shí)所遇到的一個(gè)非常棘手的問題是： 如何才能在混凝土澆搗時(shí)避免破壞傳感器及光纜。光纖Bragg光柵通常寫于普通單模通訊光纖上， 其質(zhì)地脆， 易斷裂， 為適應(yīng)土木工程施工粗放性的特點(diǎn)， 在將其作為傳感器測(cè)量建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)變時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)保護(hù)措施。一種可行的方案是：在鋼筋籠中布置好混凝土應(yīng)變傳感器的光纖線路后， 將混凝土應(yīng)變傳感器用鐵絲等按照預(yù)定位置固定在鋼筋籠中， 然后將中間段用紗布纏繞并用膠帶固定。而對(duì)粘貼式鋼筋應(yīng)變傳感器一般則用外涂膠層進(jìn)行保護(hù)。4、在水位遙測(cè)中的應(yīng)用在光纖光柵技術(shù)平臺(tái)上研制出的高精度光學(xué)水位傳感器專門用于江河、湖泊以及排污系統(tǒng)水位的測(cè)量。傳感器的精度可以到達(dá)±0.1%F·S。光纖安裝在傳感器內(nèi)部，由于光纖纖芯折射率的周期性變化形成了FBG，并反射符合布拉格條件的某一波長(zhǎng)的光信號(hào)。當(dāng)FBG與彈性膜片或其它設(shè)備連接在一起時(shí)，水位的變化會(huì)拉伸或壓縮FBG。而且，反射波長(zhǎng)會(huì)隨著折射率周期性變化而發(fā)生變化。那么，根據(jù)反射波長(zhǎng)的偏移就可以監(jiān)測(cè)出水位的變化。5、在公路健康檢測(cè)中的應(yīng)用公路健康監(jiān)測(cè)必要性：交通是與人們息息相關(guān)的事情，同樣也是制約城市發(fā)展的主要因素，可以說交通的好壞可以直接決定一個(gè)城市的發(fā)展命運(yùn)。每年國(guó)家都要投入大量資金用在公路修建以及維護(hù)上，其中維護(hù)費(fèi)用占據(jù)了很大一部分。即便是這樣，每年仍然有大量公路遭到破壞，公路的早期損壞已成為影響高速公路使用功能的發(fā)揮和誘發(fā)交通事故的一大病害。而破壞一般都是因?yàn)槠嚦d，超速以及自然原因引起的，并且也和公路修建的質(zhì)量有很大關(guān)系。所以在公路施工過程以及使用過程中進(jìn)行健康檢測(cè)是非常有必要的。現(xiàn)在的公路一般分三層進(jìn)行施工，分為底基層、普通層和瀝青層，在施工過程中埋入溫度以及應(yīng)變傳感器可以及時(shí)得到溫度以及應(yīng)變的變化情況，對(duì)公路質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。詳細(xì)了解施工材料的特點(diǎn)以及影響施工質(zhì)量的因素。
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光纖光柵傳感，光纖傳感知識(shí)介紹。
光纖光柵傳感器在電機(jī)測(cè)溫上的應(yīng)用
一家生產(chǎn)氧氣氮?dú)獾墓S，工業(yè)流程比較完備，相關(guān)儀表信號(hào)均接入DCS系統(tǒng)。但電氣設(shè)備本身監(jiān)測(cè)還依靠傳統(tǒng)手段，其中一臺(tái)130kw冷卻水循環(huán)泵電機(jī)軸溫靠傳統(tǒng)溫度計(jì)測(cè)量，采用值班人員到現(xiàn)場(chǎng)讀取的方式進(jìn)行溫度記錄，自動(dòng)化程度較低，響應(yīng)速度非常慢，突發(fā)故障時(shí)，容易造成巨大損失。擬改造為...
2019-07-020
參考資料
1.
賈宏志. 光纖光柵傳感器的理論和技術(shù)研究[D].中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所,2001.
2.
李科. 光纖光柵傳感器的研究[D].太原科技大學(xué),2008.
光纖光柵傳感器工作原理：光纖光柵傳感器原理
本視頻講解了光纖光柵傳感器的傳感原理，先簡(jiǎn)要講述了什么是光柵，什么是光纖光柵，以及常見的光纖光柵制造方法（紫外光掩模板照射及飛秒激光逐點(diǎn)刻寫），再重點(diǎn)講述了光纖光柵在用于光纖傳感時(shí)能夠直接測(cè)量的三個(gè)物理參量，以及為什么光纖光柵能夠被用于溫度、力和長(zhǎng)度測(cè)試的根本原因。而后介紹了傳統(tǒng)的光纖光柵傳感器外觀，并給出了幾種新型的光纖光柵傳感器，它們均由北京大成永盛科技有限公司生產(chǎn)和制造，并最終提出了大成永盛的產(chǎn)品理念：“北諾?，讓光纖不脆弱！”
光纖光柵傳感器原理 溫度 應(yīng)變
本文轉(zhuǎn)載自北京大成永盛科技有限公司官網(wǎng)："光纖光柵傳感器原理的視頻講解"一文,本文內(nèi)容有時(shí)會(huì)有更新和修訂。
光纖光柵傳感器工作原理：光纖光柵傳感器的工作原理是什么？
光纖傳感器的工作原理及構(gòu)成
? 光纖傳感器原理： ? ? ? ?光纖傳感器由光源、入射光纖、出射光纖、光調(diào)制器、光探測(cè)器以及解調(diào)制器組成。其基本原理是將光源的光經(jīng)入射光纖送人調(diào)制區(qū)，光在調(diào)制區(qū)內(nèi)與外界被測(cè)參數(shù)相互作用，使光的
2021-08-03 16:36:09
壓力傳感器是什么，它的工作原理是什么
壓力傳感器是傳感器類型之一，對(duì)于壓力傳感器，它的作用機(jī)制無疑是同所受的壓力有所關(guān)系。 那么壓力傳感器的工作原理是什么呢？下面就為大家介紹： 1、壓阻式壓力傳感器 電阻應(yīng)變片是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要
2021-06-18 17:12:01
光電傳感器和光纖傳感器的區(qū)別是什么
：光電傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種器件。其工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是指光照射在某些物質(zhì)上時(shí)，物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生了相應(yīng)的電效應(yīng)現(xiàn)象。 光纖傳感器：光纖傳感器是一種將被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭?/p>
2021-06-13 10:41:00
光纖布拉格光柵傳感器（FBGS）的組成及其解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
光纖布拉格光柵傳感器（FBGS）是用光纖布拉格光柵（FBG）作敏感元件的功能型光纖傳感器，可用于直接檢測(cè)溫度和應(yīng)變，以及與溫度和應(yīng)變有關(guān)的其他許多物理量和化學(xué)量的間接測(cè)量。在光纖布拉格光柵傳感器的
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2017-11-14 14:22:57
布拉格光纖光柵傳感器的原理及其技術(shù)特征
一種波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器。 當(dāng)今光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)是集信號(hào)傳感和傳輸雙重作用于一體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，多個(gè)傳感器需要按照一定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合在一起，并通過同一個(gè)光電終端來控制和協(xié)調(diào)工作，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感信號(hào)的探
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2017-11-03 16:01:01
基片式光纖光柵傳感器應(yīng)變傳遞分析與試驗(yàn)_陳昊
基片式光纖光柵傳感器應(yīng)變傳遞分析與試驗(yàn)_陳昊
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#Freedom 2017-03-19 19:07:04
光纖Bragg光柵可變靈敏度液位傳感器設(shè)計(jì)_李凱
光纖Bragg光柵可變靈敏度液位傳感器設(shè)計(jì)_李凱
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#Freedom 2017-03-19 19:04:39
光纖Bragg光柵傳感器在變壓器油溫檢測(cè)中的應(yīng)用_徐智超
光纖Bragg光柵傳感器在變壓器油溫檢測(cè)中的應(yīng)用_徐智超
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#Freedom 2017-03-19 19:04:39
淺談管式光纖光柵溫度傳感器封裝與傳感特性研究
介紹了兩種管式光纖光柵溫度傳感器的金屬型封裝方案，對(duì)其溫度傳感特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究與分析。使用外徑5 mm、內(nèi)
2021-04-15 11:08:00
反射式光纖位移傳感器的原理
反射式光纖位移傳感器是非功能型光纖傳感器，其工作原理是光纖采用Y形結(jié)構(gòu)，兩束光纖的一端分為兩支，分別是光源光纖和接收光纖，而另一端合并在一起組成光纖探頭。
2021-02-15 17:23:00
光纖傳感器和光電傳感器的區(qū)別是什么
光纖傳感器和光電傳感器作為兩種典型的傳感器，其在生產(chǎn)測(cè)量當(dāng)中的應(yīng)用都是比較廣泛的，那么兩者究竟有什么區(qū)別呢？接下來就從原理及應(yīng)用兩方面對(duì)二者的區(qū)別進(jìn)行逐一的分析。
2021-01-08 09:25:41
光纖傳感器與光電傳感器之間的區(qū)別是什么
光纖傳感器是一種放大器分離型的光電傳感器，光纖傳感器中也有對(duì)射型、回歸反射型和擴(kuò)散反射型。光纖傳感器的功能與光電傳感器有些類似，均可遠(yuǎn)距離檢測(cè)物體是否存在。不同的是，光纖傳感器的體型較光電傳感器小
2020-12-16 14:38:01
光纖光柵傳感器的優(yōu)點(diǎn)
光纖光柵傳感器（FiberGratingSensor）屬于光纖傳感器的一種，基于光纖光柵的傳感過程是通過外界物理參量對(duì)光纖布拉格（Bragg）波長(zhǎng)的調(diào)制來獲取傳感信息，是一種波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器。
2020-12-01 10:43:07
光柵傳感器的特點(diǎn)是什么
隨著社會(huì)科技的發(fā)展，新技術(shù)逐漸運(yùn)用于社會(huì)生活的方方面面，智能信息時(shí)代的到來使得生活日益豐富多彩，光柵作為一項(xiàng)新的投影技術(shù)，利用折射原理及視覺效果，逐漸取代舊式投影，快速運(yùn)用于多媒體軟件設(shè)計(jì)，成為現(xiàn)代動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)新寵，光柵傳感器也在特殊場(chǎng)合發(fā)揮著安全檢測(cè)的作用！
2020-06-17 09:20:26
采用雙CPU的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
光纖光柵傳感器的應(yīng)用是一個(gè)方興未艾的領(lǐng)域，有著非常廣闊的發(fā)展前景。目前限制光纖光柵傳感器大量實(shí)際應(yīng)用的最主要障礙就是傳感信號(hào)的解調(diào)。光纖光柵傳感解調(diào)方法有許多，但是能夠?qū)嶋H應(yīng)用的解調(diào)產(chǎn)品并不多，而且
2020-04-29 07:55:00
光纖光柵傳感器的分類_光纖光柵傳感器的特點(diǎn)
光纖光柵傳感器屬于光纖傳感器的一種，該光纖傳感器主要是基于光纖光柵的傳感過程是通過外界物理參量對(duì)光纖布拉格（Bragg）波長(zhǎng)的調(diào)制來獲取傳感信息，是一種波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器。下面我們就光纖光柵傳感器的原理及應(yīng)用等方面來向大家作介紹。
2020-02-23 06:03:00
光柵傳感器的原理說明
一般的對(duì)于光柵傳感器來說，它是一種利用光柵疊柵的條紋原理，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量位置移動(dòng)的傳感器類型。相對(duì)于光柵的定義，我們具體的可以解釋成在長(zhǎng)條形光學(xué)玻璃上進(jìn)行密集相同距離的平行刻線，具體的密度可以達(dá)到每毫米出現(xiàn)10到100個(gè)線。那么對(duì)于這類光柵傳感器的工作原理到底是怎么樣的呢？下面就讓小編來為大家解釋。
2020-02-23 05:24:00
光柵式傳感器工作原理_光柵式傳感器的應(yīng)用
本文主要介紹了光柵式傳感器工作原理及光柵式傳感器的應(yīng)用。
2019-11-11 14:41:32
光柵傳感器基本原理_光柵傳感器應(yīng)用場(chǎng)合
光柵式傳感器（optical grating transducer）指采用光柵疊柵條紋原理測(cè)量位移的傳感器。光柵是在一塊長(zhǎng)條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線密度為 10～100線/毫米。由
2019-11-08 14:27:44
光纖布拉格光柵FBS傳感器的工作原理解析
從基本原理來看，光纖傳感器會(huì)根據(jù)所測(cè)試的外部環(huán)境參數(shù)的變化來改變其傳播的光波的一個(gè)或幾個(gè)屬性，比如強(qiáng)度、相位、偏振狀態(tài)以及頻率等。非固有型 （混合型） 光纖傳感器僅僅將光纖作為光波在設(shè)備與傳感元件之間的傳輸介質(zhì)，而固有型光纖傳感器則將光纖本身作為傳感元件使用。
2019-09-23 15:13:17
光纖布拉格光柵傳感器的特點(diǎn)以及工作原理解析
從基本原理來看，光纖傳感器會(huì)根據(jù)所測(cè)試的外部環(huán)境參數(shù)的變化來改變其傳播的光波的一個(gè)或幾個(gè)屬性，比如強(qiáng)度、相位、偏振狀態(tài)以及頻率等。非固有型 （混合型） 光纖傳感器僅僅將光纖作為光波在設(shè)備與傳感元件之間的傳輸介質(zhì)，而固有型光纖傳感器則將光纖本身作為傳感元件使用。
2019-08-26 08:49:26
光纖布拉格光柵傳感器的工作原理解析
從基本原理來看，光纖傳感器會(huì)根據(jù)所測(cè)試的外部環(huán)境參數(shù)的變化來改變其傳播的光波的一個(gè)或幾個(gè)屬性，比如強(qiáng)度、相位、偏振狀態(tài)以及頻率等。非固有型 （混合型） 光纖傳感器僅僅將光纖作為光波在設(shè)備與傳感元件之間的傳輸介質(zhì)，而固有型光纖傳感器則將光纖本身作為傳感元件使用。
2019-08-19 14:02:46
光纖光柵傳感器在面板壩工程安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
本文采用的是武漢理工大學(xué)光纖傳感技術(shù)中心生產(chǎn)的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器。接頭采用通用的光纖FC/APC跳線頭。Bragg中心波長(zhǎng)識(shí)別系統(tǒng)采用美國(guó)Micron Optics公司生產(chǎn)的FBG-IS
2019-06-27 09:01:19
光纖光柵定義及分類！光纖光柵傳感器的工作原理
對(duì)于一定長(zhǎng)度的均勻光纖Bragg光柵，其反射譜中主峰的兩側(cè)伴隨有一系列的側(cè)峰，一般稱這些側(cè)峰為光柵的邊模。如將光柵應(yīng)用于一些對(duì)邊模的抑制比要求較高的器件如密集波分復(fù)用器，這些側(cè)峰的存在是一個(gè)不良的因素，它嚴(yán)重影響器件的信道隔離度。
2019-04-16 14:44:47
光纖傳感器的工作原理
光纖傳感器是一種將被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的光信號(hào)的傳感器。光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經(jīng)由光纖送入調(diào)制器，在調(diào)制器內(nèi)與外界被測(cè)參數(shù)的相互作用， 使光的光學(xué)性質(zhì)如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制的光信號(hào)，再經(jīng)過光纖送入光電器件、經(jīng)解調(diào)器后獲得被測(cè)參數(shù)。
2018-09-30 16:48:06
光纖光柵傳感器有哪些功能型封裝？
經(jīng)過近十幾年來的研究，光纖光柵的傳感機(jī)理己基本探明，用于測(cè)量各種物理量的多種結(jié)構(gòu)光纖光柵傳感器己被制作出來。目前，光纖光柵傳感器可以檢測(cè)的物理量包括溫度、應(yīng)變、應(yīng)力、位移、壓強(qiáng)、扭角、扭知(扭應(yīng)力)、加速度、電流、電壓、磁場(chǎng)、頻率及濃度等。
2018-08-23 14:54:35
光纖光柵傳感系統(tǒng)的詳細(xì)介紹
，光纖光柵的制造技術(shù)不斷完善，人們對(duì)光纖光柵在光傳感方面的研究變得更為廣泛和深入。光纖光柵傳感器具有一般傳感器抗電磁干擾、靈敏度高、尺寸小、重量輕、成本低，適于在高溫、腐蝕性等環(huán)境中使用的優(yōu)點(diǎn)外，還具有本
2018-06-10 08:53:00
光纖傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景
光纖傳感器與測(cè)量技術(shù)是當(dāng)今傳感器技術(shù)領(lǐng)域新的發(fā)展引應(yīng)用，其測(cè)量用的光纖傳感器有很多種類，有很多種工作方式。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上光纖傳感器應(yīng)用主要在以下四種：光纖陀螺、光纖光柵傳感器、光纖電流傳感器和光纖水聽器。下面對(duì)這四種產(chǎn)品分別介紹一下。
光纖傳感器應(yīng)用種類
2018-03-06 11:00:06
光柵尺是什么_光柵尺的工作原理
光柵尺，也稱為光柵尺位移傳感器或光柵尺傳感器，是通過利用光柵的光學(xué)原理工作的測(cè)量反饋裝置。光柵尺經(jīng)常應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，可用作直線位移或者角位移的檢測(cè)。
2017-12-12 18:51:52
光纖光柵傳感器原理內(nèi)容詳解
光纖光柵的種類很多，主要分兩大類：一是Bragg光柵（也稱為反射或短周期光柵）；二是透射光柵（也稱為長(zhǎng)周期光柵）。光纖光柵從結(jié)構(gòu)上可分為周期性結(jié)構(gòu)和非周期性結(jié)構(gòu)，從功能上還可分為濾波型光柵和色散補(bǔ)償型光柵，色散補(bǔ)償型光柵是非周期光柵，又稱為啁啾光柵（chirp光柵）。
2017-09-28 15:38:56
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光纖光柵傳感器工作原理：光纖布拉格光柵傳感器的特點(diǎn)以及工作原理解析
描述
近幾十年以來，電氣傳感器一直作為測(cè)量物理與機(jī)械現(xiàn)象的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備發(fā)揮著它的作用。盡管它們?cè)跍y(cè)試測(cè)量中無處不在，但作為電氣化的設(shè)備，他們有著與生俱來的缺陷，例如信號(hào)傳輸過程中的損耗，容易受電磁噪聲的干擾等等。這些缺陷會(huì)造成在一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合中，電氣傳感器的使用變得相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性，甚至完全不適用。光纖光學(xué)傳感器就是針對(duì)這些應(yīng)用挑戰(zhàn)極好的解決方法，使用光束代替電流，而使用標(biāo)準(zhǔn)光纖代替銅線作為傳輸介質(zhì)。
在過去的二十年中，光電子學(xué)的發(fā)展以及光纖通信行業(yè)中大量的革新極大地降低了光學(xué)器件的價(jià)格，提高了質(zhì)量。通過調(diào)整光學(xué)器件行業(yè)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，光纖傳感器和光纖儀器已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究階段擴(kuò)展到了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，比如建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用等。
光纖傳感器簡(jiǎn)介
從基本原理來看，光纖傳感器會(huì)根據(jù)所測(cè)試的外部環(huán)境參數(shù)的變化來改變其傳播的光波的一個(gè)或幾個(gè)屬性，比如強(qiáng)度、相位、偏振狀態(tài)以及頻率等。非固有型 （混合型） 光纖傳感器僅僅將光纖作為光波在設(shè)備與傳感元件之間的傳輸介質(zhì)，而固有型光纖傳感器則將光纖本身作為傳感元件使用。
光纖傳感技術(shù)的核心是光纖–一條纖細(xì)的玻璃線，光波能夠在其中心進(jìn)行傳播。光纖主要由三個(gè)部分組成：纖芯（core），包層（cladding）和保護(hù)層（buffer coating）。其中包層能夠?qū)⒗w芯發(fā)出的雜散光波反射回纖芯中，以保證光波在纖芯中具有最低的傳輸損耗。這個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)原理是纖芯的光折射率比包層的折射率高，這樣光波從纖芯傳播到包層的時(shí)候會(huì)發(fā)生全內(nèi)反射。最外面的保護(hù)層提供保護(hù)作用，避免外界環(huán)境或外力對(duì)光纖造成損壞。而且可以根據(jù)需要要強(qiáng)度和保護(hù)程序的不同，使用多層保護(hù)層。
圖1. 典型光纖的橫截面圖
光纖布拉格光柵（FBS）傳感器
光纖布拉格光柵傳感器是一種使用頻率最高，范圍最廣的光纖傳感器，這種傳感器能根據(jù)環(huán)境溫度以及/或者應(yīng)變的變化來改變其反射的光波的波長(zhǎng)。光纖布拉格光柵是通過全息干涉法或者相位掩膜法來將一小段光敏感的光纖暴露在一個(gè)光強(qiáng)周期分布的光波下面。這樣光纖的光折射率就會(huì)根據(jù)其被照射的光波強(qiáng)度而永久改變。這種方法造成的光折射率的周期性變化就叫做光纖布拉格光柵。
當(dāng)一束廣譜的光束被傳播到光纖布拉格光柵的時(shí)候，光折射率被改變以后的每一小段光纖就只會(huì)反射一種特定波長(zhǎng)的光波，這個(gè)波長(zhǎng)稱為布拉格波長(zhǎng)，如下面的方程 （1） 中所示。這種特性就使光纖布拉格光柵只反射一種特定波長(zhǎng)的光波，而其它波長(zhǎng)的光波都會(huì)被傳播。
在方程 （1）中，λb 是布拉格波長(zhǎng)，n 是光纖纖芯的有效折射率，而 λ 是光柵之間的間隔長(zhǎng)度，稱為光柵周期。
圖2. 光纖布拉格光柵傳感器的工作原理
因?yàn)椴祭癫ㄩL(zhǎng)是光柵之間的間隔長(zhǎng)度的函數(shù)（方程 （1） 中的λ），所以光纖布拉格光柵可以被生產(chǎn)為具有不同的布拉格波長(zhǎng)，這樣就能夠使用不同的光纖布拉格光柵來反射特定波長(zhǎng)的光波。
圖3. 光纖布拉格光柵透視圖
應(yīng)變以及溫度的改變會(huì)同時(shí)影響光纖布拉格光柵有效的光折射率 n 以及光柵周期λ ，造成的結(jié)果就是光柵反射光波波長(zhǎng)的改變。光纖布拉格光柵反射波長(zhǎng)隨應(yīng)變和溫度的變化可以近似地用方程 （2） 中的關(guān)系來表示：
其中 δλ 是反射波長(zhǎng)的變化而 λo 為初始的反射波長(zhǎng)。
右邊加號(hào)前的第一個(gè)表示式表示的是應(yīng)變的變化對(duì)反射波長(zhǎng)的影響。其中 pe 是應(yīng)變光學(xué)靈敏系數(shù)，而 ε 是光柵所受到應(yīng)變影響。加號(hào)后面的第二個(gè)表達(dá)式表示的是溫度的變化對(duì)波長(zhǎng)造成的影響。其中 αλ 是熱膨脹系數(shù)而 αn 是溫度光學(xué)靈敏系數(shù)。αn 體現(xiàn)了光折射率因?yàn)闇囟茸兓斐傻挠绊懚?αλ 體現(xiàn)了同樣的溫度變化造成的光柵周期的改變。
正因?yàn)楣饫w布拉格光柵會(huì)同時(shí)受到應(yīng)變和溫度變化的影響，所以在計(jì)算反射波長(zhǎng)變化的時(shí)候既要同時(shí)考慮這兩種因素，又要分別對(duì)其進(jìn)行分析。當(dāng)進(jìn)行溫度測(cè)量的時(shí)候，光纖布拉格光柵必須保持在完全不受應(yīng)變影響的條件下。你可以使用為此專門進(jìn)行封裝的FBG溫度傳感器，這種傳感器能保證封裝內(nèi)部光纖布拉格光柵的屬性不會(huì)耦合于任何外部的彎曲，拉伸，擠壓或扭曲應(yīng)變。在這種情況下，玻璃的熱膨脹系數(shù) αλ 通常在實(shí)用中是可以忽略的;所以，因溫度變化而造成的反射波長(zhǎng)的改變就可以主要由該光纖的溫度光學(xué)靈敏系數(shù) αn 來決定了。
光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器在某種程序上講就更加復(fù)雜了，因?yàn)闇囟群蛻?yīng)變會(huì)同時(shí)影響傳感器的反射波長(zhǎng)。為了正確地進(jìn)行的測(cè)量，在測(cè)試的時(shí)候，必須針對(duì)溫度對(duì)光纖布拉格光柵造成的影響進(jìn)行補(bǔ)償。為了實(shí)現(xiàn)這種補(bǔ)償，可以使用一個(gè)與FBG應(yīng)變傳感器有良好熱接觸的FBG溫度傳感器來完成。得到測(cè)試結(jié)果以后，只需要簡(jiǎn)單地從FBG應(yīng)變傳感器測(cè)得的波長(zhǎng)改變中減去由FBG溫度傳感器測(cè)得的波長(zhǎng)改變就可以從方程 （2） 中消去加號(hào)右邊的第二個(gè)表達(dá)式，這樣做就補(bǔ)償了應(yīng)變測(cè)試中溫度變化造成的影響了。
安裝光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器的過程和安裝傳統(tǒng)的電氣應(yīng)變傳感器的過程類似，而且FBG應(yīng)變傳感器有許多種不同的種類和安裝方法可供選擇，包含環(huán)氧樹脂型，可焊接型， 螺栓固定型和嵌入式型。
探詢方法
由于光纖布拉格光柵可以被植入不同的特定反射波長(zhǎng)，所以可以利用它來實(shí)現(xiàn)良好的波分復(fù)用 （WDM） 技術(shù)。這個(gè)特性使得可以在一條長(zhǎng)距離的獨(dú)立光纖上，以菊花鏈的形式連接多個(gè)不同的擁有特定布拉格波長(zhǎng)的傳感器。波分復(fù)用技術(shù)在可用的光學(xué)廣譜中為每一個(gè)FBG傳感器分配了一個(gè)特定的波長(zhǎng)范圍供其使用。由于光纖布拉格光柵固有的波長(zhǎng)特性，就算在傳輸過程中由于光纖介質(zhì)的彎曲和傳輸造成了光強(qiáng)的損耗和衰減，傳感器測(cè)得的結(jié)果也仍然能夠保持準(zhǔn)確。
每一個(gè)獨(dú)立的光纖布拉格光柵傳感器的工作波長(zhǎng)范圍和波長(zhǎng)探詢器可探詢的總波長(zhǎng)范圍決定了在一條單獨(dú)的光纖上可以掛接的傳感器的數(shù)量。一般來說，因?yàn)閼?yīng)變改變?cè)斐傻牟ㄩL(zhǎng)改變會(huì)比溫度改變?cè)斐傻牟ㄩL(zhǎng)改變更加明顯，所以一般會(huì)為FBG應(yīng)變傳感器分配大概5納米的工作波長(zhǎng)范圍，而FBG溫度傳感器則分配大概1納米的工作波長(zhǎng)范圍。又因?yàn)橥ǔ５牟ㄩL(zhǎng)探詢器能提供的測(cè)試范圍大概為60到80納米，所以一條光纖上掛接的傳感器數(shù)量一般可以從1個(gè)到80個(gè)不等 – 當(dāng)然，這要建立在各個(gè)傳感器反射波長(zhǎng)的區(qū)域在光譜范圍內(nèi)不會(huì)有重疊 （圖 4） 的基礎(chǔ)上的。因此，在選擇FBG傳感器的時(shí)候，需要仔細(xì)地選擇標(biāo)稱波長(zhǎng)以及工作波長(zhǎng)范圍來保證每一個(gè)傳感器都有其獨(dú)立的工作波長(zhǎng)區(qū)域。
圖4. 同一條光纖上掛接的每一個(gè)FBG傳感器必須具有其獨(dú)立的工作波長(zhǎng)范圍
一般的FBG傳感器會(huì)擁有幾個(gè)納米的工作波長(zhǎng)范圍，所以光學(xué)探詢器必須能夠完成分辨率為幾個(gè)皮米甚至更小的測(cè)量 – 一個(gè)相當(dāng)小的量級(jí)。探詢FBG光柵傳感器可以有幾種方法。干涉計(jì)是通常運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，它可以提供相當(dāng)高分辨率的光譜分析。但是，這些儀器一般來說非常昂貴，體積龐大并且不夠堅(jiān)固，所以在一些涉及各種結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用中，如風(fēng)機(jī)葉片，橋梁，水管以及大壩等環(huán)境的監(jiān)測(cè)中，這些儀器都不適用。
一種更加堅(jiān)固的方法是引入了電荷耦合器件 （charge-coupled device - CCD） 以及固定的分散性單元，一般是指波長(zhǎng)位置轉(zhuǎn)換。
在這種方法中，會(huì)用一個(gè)廣譜的光源照射FBG傳感器 （或者一系列FBG傳感器）。這些反射光束會(huì)通過一個(gè)分散性單元，分散性單元會(huì)將波長(zhǎng)不同的反射光束分別分配到電荷耦合器件（CCD）表面不同的位置上去。如下圖5所示。
圖5. 使用波長(zhǎng)位置轉(zhuǎn)換法探詢FBG光學(xué)傳感器
這種方法可以快速并且同時(shí)地對(duì)掛接在光纖上的所有FBG傳感器進(jìn)行測(cè)量，但是它只提供了非常有限的分辨率以及信噪比 （SNR）。舉例來說，如果我們希望在80納米的波長(zhǎng)范圍中實(shí)現(xiàn)1皮米的分辨率，那么我們需要一個(gè)包含80，000個(gè)像素點(diǎn)的線性CCD器件，這個(gè)像素指標(biāo)已經(jīng)比目前在市面上能夠找到的最好的線性CCD器件 （截至2010年7月） 的指標(biāo)高出了10倍以上。另外，因?yàn)閺V譜光源的能量是被分散到一個(gè)很廣的波長(zhǎng)范圍中，所以FBG反射光束的能量會(huì)非常小，有時(shí)候甚至?xí)o測(cè)量帶來困難。
目前最流行的方法是利用一個(gè)可調(diào)法珀濾波器來創(chuàng)造一束具有高能量，并且能夠快速掃頻的激光源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的廣譜的光源。可調(diào)的激光源將能量集中在一個(gè)很窄的波長(zhǎng)范圍里面，提供了一個(gè)具有很高信噪比的高能量的光源。這種體系結(jié)構(gòu)提供的高光學(xué)功率讓使用一條光纖掛載多個(gè)光學(xué)通道成為可能，這樣就能有效地減少多通道探詢器的成本并且降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。基于這種可調(diào)激光架構(gòu)的探詢器可以在一個(gè)相對(duì)大的波長(zhǎng)范圍里面以很窄的光譜帶進(jìn)行掃描，另一方面，一臺(tái)光探測(cè)器將與這個(gè)掃描同步，測(cè)量從FBG傳感器反射回來的激光束。當(dāng)可調(diào)激光器發(fā)射的激光波長(zhǎng)與FBG傳感器的布拉格波長(zhǎng)吻合的時(shí)候，光探測(cè)器就能測(cè)量到相應(yīng)的響應(yīng)。該響應(yīng)發(fā)生的時(shí)候可調(diào)激光的波長(zhǎng)就對(duì)應(yīng)了此時(shí)FBG傳感器處測(cè)得的溫度以及/或者應(yīng)變，如圖 6所示。
圖6. 用可調(diào)激光源法探詢FBG光學(xué)傳感器
使用這種方法進(jìn)行探詢可以達(dá)到大概1皮米的精度，對(duì)應(yīng)到傳統(tǒng)FBG傳感器的精度即是約1.2微應(yīng)變（FBG應(yīng)變傳感器）或約0.1攝氏度（FBG溫度傳感器）。因?yàn)榭烧{(diào)激光源法相對(duì)于其它的方法來說具有很高的光學(xué)功率，所以這種探詢法還可以適用于光纖長(zhǎng)度更大 （超過10千米） 的測(cè)量應(yīng)用中。
FBG光學(xué)傳感器的優(yōu)勢(shì)
通過使用光波代替電流以及使用標(biāo)準(zhǔn)光纖代替銅線作為傳輸介質(zhì)，F(xiàn)BG光學(xué)傳感解決了許多使用電氣傳感需要面臨的挑戰(zhàn)和解決的困難。光纖和FBG光學(xué)傳感器都是絕緣體，具有被動(dòng)性電學(xué)特性，并且不受電磁感應(yīng)噪聲的影響。具有高光學(xué)功率可調(diào)激光源的探詢器可以以很低的數(shù)據(jù)丟失率甚至是零丟失來完成長(zhǎng)距離的測(cè)量。同時(shí)，與電氣傳感器系統(tǒng)不同，一個(gè)光學(xué)通道可以同時(shí)完成多個(gè)FBG傳感器的測(cè)試，極大地減小了測(cè)試系統(tǒng)的體積，重量以及復(fù)雜度。
在一些外部環(huán)境條件惡劣的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)中，一些常用的電氣傳感器，例如箔應(yīng)變片，熱電偶，以及振弦式傳感器已經(jīng)很難使用甚至已經(jīng)失效的情況下，光學(xué)傳感器是一個(gè)非常理想的解決辦法。因?yàn)楣鈱W(xué)傳感器的用途以及安裝方法和這些傳統(tǒng)的電氣傳感器類似，所以從電氣測(cè)試方案過渡到光學(xué)測(cè)試方案會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。如果能夠?qū)饫w和FBG的工作原理有一個(gè)比較好的了解，那將幫助你更好地接受光學(xué)測(cè)試技術(shù)并駕馭這種新技術(shù)所帶來的所有優(yōu)勢(shì)。
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