波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器課件

光纖傳感器的分類功能型按照被調(diào)制的光波參數(shù)強(qiáng)度調(diào)制型相位/頻率調(diào)制型波長(zhǎng)調(diào)制型偏振調(diào)制型入射光波出射光波入射光波的特征參量：波長(zhǎng)

外界因素：溫度，壓力，電磁場(chǎng)，位移光纖傳感器的分類功能型入射光波出射光波入射光波的特征參量：波15.5波長(zhǎng)調(diào)制機(jī)理引起波長(zhǎng)變化－光譜特性隨外界物理量而變化熒光、磷光、黑體輻射等－大多數(shù)為非功能型光纖光柵－功能型光纖光柵～反射鏡應(yīng)用領(lǐng)域－通信、傳感、信息處理光通信器件半導(dǎo)體激光器、光纖激光器光纖放大器、濾波器波分復(fù)用/解復(fù)用器色散補(bǔ)償傳感光學(xué)信息補(bǔ)償－光學(xué)Fourier變換、相位陣列天線5.5波長(zhǎng)調(diào)制機(jī)理引起波長(zhǎng)變化－光譜特性隨外界物理量而變化2傳感應(yīng)用光纖光柵傳感器優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定、可靠傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小測(cè)量重復(fù)性好可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)測(cè)量便于規(guī)模生產(chǎn)、成網(wǎng)不足：解調(diào)系統(tǒng)昂貴、動(dòng)態(tài)范圍受限傳感應(yīng)用光纖光柵傳感器3光纖的光敏性歷史1978年，加拿大，488nm1989年，美國(guó)G.Meltz，244nm（倍頻）,通信窗口的FBG載氫摻鍺光敏性的解釋：色心模型紫外輻射玻璃的壓縮光敏性類型：I型光柵－通信鍺硅光纖，Δn>0IIA型光柵－重?fù)芥N光纖，I型被擦除后，負(fù)調(diào)制折射率深度II型光柵－透射譜為高通，溫度穩(wěn)定性高，擦除800℃光柵的生命周期與穩(wěn)定性光纖的光敏性歷史4光纖光柵的主要類型光纖Bragg光柵(FBG)ncnclλB光纖光柵的主要類型光纖Bragg光柵(FBG)nc5光纖光柵的主要類型 cont’d長(zhǎng)周期光柵LPG導(dǎo)模包層模，損耗寬帶透射譜－增益平坦靈敏制造－振幅模板、逐點(diǎn)寫入法CORECLADDING光纖光柵的主要類型 cont’d長(zhǎng)周期光柵LPGC6光纖光柵的主要類型 cont’d啁啾光柵（chirped）結(jié)構(gòu)：周期沿光纖軸向變化－線性、非線性寬帶反射譜：可達(dá)100nm應(yīng)用色散補(bǔ)償：100km（at1550nm）的色散3.6cm寬帶濾波器增益平坦CORECLADDING短長(zhǎng)光纖光柵的主要類型 cont’d啁啾光柵（chirp7光纖光柵的主要類型 cont’d閃耀光柵結(jié)構(gòu)：波矢方向與光纖軸有一夾角模式耦合：導(dǎo)模包層模/異階導(dǎo)模相位光柵FBG某些點(diǎn)處的周期性被破壞附加相移解復(fù)用器MAIN-MODESIDE-MODECORECLADDINGlr，為光柵寫入時(shí)，距相位模版遠(yuǎn)端的距離l1CORECLADDINGl1光纖光柵的主要類型 cont’d閃耀光柵MAIN-M8應(yīng)變傳感模型對(duì)于各向同性圓柱體－幾點(diǎn)假設(shè)：光柵自身結(jié)構(gòu)－纖芯+包層，忽略所有外包層的影響；石英光纖－理想彈性體，遵循虎克定律，且內(nèi)部不存在切應(yīng)變；紫外引起的光敏折射率變化在橫截面上分布均勻，且不影響光纖的各向同性特性；所有應(yīng)力均為靜應(yīng)力，不考慮隨時(shí)間變化彈光效應(yīng)彈性變形橫向應(yīng)力作用縱向應(yīng)力作用應(yīng)變傳感模型對(duì)于各向同性圓柱體－彈光效應(yīng)彈性變形橫向應(yīng)力作用95.5波長(zhǎng)調(diào)制機(jī)理靈敏度：11pm測(cè)量范圍：1％頻率響應(yīng)：可達(dá)1MHz

應(yīng)變測(cè)量布喇格波長(zhǎng)

溫度測(cè)量靈敏度：1C10pm測(cè)量范圍：200C5.5波長(zhǎng)調(diào)制機(jī)理靈敏度：11pm應(yīng)變測(cè)量布喇10FBG應(yīng)變傳感模型彈光效應(yīng)引起的波長(zhǎng)漂移縱向應(yīng)變靈敏度系數(shù)波導(dǎo)效應(yīng)引起的光纖光柵波長(zhǎng)相對(duì)漂移

NA=0.110 1 2 3 4 5光纖芯徑（μm）相對(duì)靈敏度系數(shù)-0.0006-0.0004-0.0002NA=0.13NA=0.15NA=0.170NA=0.11FBG應(yīng)變傳感模型彈光效應(yīng)引起的波長(zhǎng)漂移縱向應(yīng)變靈敏度系數(shù)11光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)不同彈性模量E、不同泊松比μ材料隨厚度的增加造成的靈敏度飽和現(xiàn)象結(jié)論：欲提高光纖光柵的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，必須選用低彈性模量、高泊松比的涂敷材料進(jìn)行保護(hù)。選用高彈性模量、低泊松比的金屬材料進(jìn)行涂敷，才能達(dá)到提高光柵穩(wěn)定性的目的

11.522.533.544.502 4 68 10×103涂層厚度（μm）應(yīng)力靈敏度系數(shù)(1011/(N/m2))ν＝0.483E＝0.39×109E＝10×109E＝72×109E＝100×10912634502 4 68 10×103涂層厚度（μm）應(yīng)力靈敏度系數(shù)(1011/(N/m2))E＝3.9×109ν＝0.98ν＝0.70v＝0.483ν＝0.17光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)不同彈性模量E、不同泊松比μ材料隨厚度12光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)不同彈性模量E、不同泊松比μ材料對(duì)光纖光柵應(yīng)力靈敏度系數(shù)的影響結(jié)論：對(duì)于去敏設(shè)計(jì)，一般應(yīng)選擇彈性模量大的材料1.051.061.071.0802 4 68 10×103涂層厚度（μm）應(yīng)力靈敏度系數(shù)(10-11/(N/m2))E＝86.5×109E＝90×109E＝110×109E＝120×1091.021.041.061.0802 46 810×103涂層厚度（μm）應(yīng)力靈敏度系數(shù)(10-11/(N/m2))ν＝0.98ν＝0.7v＝0.483ν＝0.17光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)不同彈性模量E、不同泊松比μ材料對(duì)光纖13非均勻涂敷對(duì)光柵光學(xué)性能的影響現(xiàn)象二次涂敷后－反射率隨拉伸載荷的增加逐漸下降反射譜也逐漸加寬解釋涂敷不均勻造成的chirp－非線性隨機(jī)chirp光柵反射譜將發(fā)生隨機(jī)展寬附加噪聲解決方法涂敷材料選擇嚴(yán)格控制二次涂敷工藝非均勻涂敷對(duì)光柵光學(xué)性能的影響現(xiàn)象14光纖光柵的保護(hù)和封裝保護(hù)層對(duì)光纖光柵傳感性能影響

裸纖光柵的應(yīng)變極限僅7860με二次涂敷前后光纖光柵標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力拉伸實(shí)驗(yàn)

寬譜光源光纖光柵光纖砝碼■涂覆后－涂覆前1547.01546.91546.81546.71546.61546.51546.41546.31546.2010 20 3040 50縱向載荷（g）波長(zhǎng)漂移（nm）光纖光柵的保護(hù)和封裝保護(hù)層對(duì)光纖光柵傳感性能影響寬譜光源光15FBG的應(yīng)用模式單參量測(cè)量雙參量測(cè)量準(zhǔn)分布式多點(diǎn)測(cè)量FBG的應(yīng)用模式單參量測(cè)量16采用不同的化學(xué)指示劑，可測(cè)量不同pH值范圍的溶液。主要特征參量是空間分辨率和靈敏度在材料和結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中－埋入傳感元件和驅(qū)動(dòng)元件可沿空間位置連續(xù)測(cè)量單、多參量的傳感器。結(jié)論：對(duì)于去敏設(shè)計(jì)，一般應(yīng)選擇彈性模量大的材料光纖傳感器用于智能結(jié)構(gòu)的一些問(wèn)題應(yīng)力靈敏度系數(shù)(1011/(N/m2))嚴(yán)格控制二次涂敷工藝保護(hù)層對(duì)光纖光柵傳感性能影響按照被調(diào)制的光波參數(shù)靈敏度：1C10pmΔ＝pH－pK，(pH酸堿度，pK酸堿平衡常數(shù))光纖Bragg光柵(FBG)高速測(cè)量(10msec間隔)光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)應(yīng)力靈敏度系數(shù)(1011/(N/m2))4的范圍內(nèi)儀器具有0.不同彈性模量E、不同泊松比μ材料隨厚度的增加造成的靈敏度飽和現(xiàn)象用單根高雙折射光纖構(gòu)成的光纖偏振干涉儀也屬于積分式傳感器抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定、可靠FBG基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)AQ4315ASE寬帶光源FBG光環(huán)行器FB200波長(zhǎng)監(jiān)控器231FBG波長(zhǎng)1波長(zhǎng)2采用不同的化學(xué)指示劑，可測(cè)量不同pH值范圍的溶液。FBG基本17FBG多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高精度：

1pm/0.1℃,1pm/με

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

傳感器數(shù)量受限FBG多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高精度：1pm/0.1℃,1p18FBG特點(diǎn)

高速&

高分辨率測(cè)量

測(cè)量FBG反射譜的功率及中心波長(zhǎng)

波長(zhǎng)范圍：1527～1567nm或

1568～1607nm

波長(zhǎng)分辨率：<1pm

功率范圍：

-4dBm

～-60dBm(0.1nmRBW)

測(cè)量速度：

測(cè)10個(gè)FBG的傳感器系統(tǒng)，最快10ms（100Hz)

FBG傳感器的最大數(shù)量：40

超緊湊&高可靠性

220X170X90mm,2Kg(包括供電)

設(shè)計(jì)高度可靠

(使用壽命

>10年)

工作溫度：0to60℃FBG特點(diǎn)高速&高分辨率測(cè)量19分光儀

帶有光二極管陣列(PDA)的多色儀結(jié)構(gòu)

固定的衍射光柵保證儀器的魯棒特性；

無(wú)活動(dòng)部分-保證了儀器的緊湊性、高可靠性及高速測(cè)量。

波長(zhǎng)分辨率

高分辨率

(<1pm)；對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)采用獨(dú)特的內(nèi)插算法來(lái)獲得極高的分辨率

注：魯棒特性是指一個(gè)系統(tǒng)在非理想環(huán)境下的工作能力，這種環(huán)境里可能有許多其他信號(hào)或干擾，或者收到的信號(hào)電平具有快速起伏的特征。光纖光柵光二極管陣列鏡面透鏡分光儀帶有光二極管陣列(PDA)的多色儀結(jié)構(gòu)注：光纖光柵光20測(cè)量實(shí)例高速測(cè)量

(10msec間隔)10Hz振動(dòng)34Hz振動(dòng)(實(shí)線:正弦曲線)測(cè)量實(shí)例高速測(cè)量(10msec間隔)10Hz振動(dòng)34H21軟硬件結(jié)構(gòu)PC機(jī)上的圖形用戶界面（GUI）單色儀結(jié)構(gòu)PhotoDiodeArrayfiberDiffractiongratingmirrorlens640-elmentsPhotoDiodeArrayASEsource(whitelightsource)FBGsensorcirculatorWavelengthmonitor2FBGsensor31軟硬件結(jié)構(gòu)PC機(jī)上的圖形用戶界面（GUI）PhotoDiod22PC機(jī)上的圖形用戶界面（GUI）PC機(jī)上的圖形用戶界面（GUI）23測(cè)量結(jié)果比較FB200

波長(zhǎng)監(jiān)控器VS波長(zhǎng)計(jì)測(cè)量結(jié)果比較FB200波長(zhǎng)監(jiān)控器VS波長(zhǎng)計(jì)24應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍25應(yīng)用范圍復(fù)用數(shù)目應(yīng)用范圍復(fù)用數(shù)目26Δ＝pH－pK，(pH酸堿度，pK酸堿平衡常數(shù))Wavelengthmonitor穩(wěn)定性:比值運(yùn)算，補(bǔ)償系統(tǒng)誤差半導(dǎo)體激光器、光纖激光器靈敏度：11pm應(yīng)力靈敏度系數(shù)(10-11/(N/m2))確定系統(tǒng)的運(yùn)行情況、可靠性主要特征參量是空間分辨率和靈敏度選用高彈性模量、低泊松比的金屬材料進(jìn)行涂敷，才能達(dá)到提高光柵穩(wěn)定性的目的波長(zhǎng)分辨率：<1pm非均勻涂敷對(duì)光柵光學(xué)性能的影響引起波長(zhǎng)變化－光譜特性隨外界物理量而變化AnchorBodyII型光柵－透射譜為高通，溫度穩(wěn)定性高，擦除800℃640-elmentsPhotoDiodeArray光纖FP傳感器、光纖Bragg光柵傳感器等。頻率響應(yīng)：可達(dá)1MHz測(cè)量速度：測(cè)10個(gè)FBG的傳感器系統(tǒng)，最快10ms（100Hz)可沿空間位置連續(xù)測(cè)量單、多參量的傳感器。高精度：1pm/0.應(yīng)用范圍實(shí)例●水位分布測(cè)定Δ＝pH－pK，(pH酸堿度，pK酸堿平衡常數(shù))應(yīng)用范圍實(shí)例27機(jī)站布局測(cè)試站內(nèi)部主機(jī)輸電線周圍狀況

機(jī)站布局測(cè)試站內(nèi)部主機(jī)輸電線周圍狀況28應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例29應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍30應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍31應(yīng)用例Sensorforlandslidemovement(B-OTDR)Threeanchors(FBG)應(yīng)用例Sensorforlandslidemoveme32應(yīng)用范圍日本女子大學(xué)百年館の外観（建設(shè)時(shí)）應(yīng)用范圍日本女子大學(xué)百年館の外観（建設(shè)時(shí)）33應(yīng)用例－錨桿壓力應(yīng)變監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期維護(hù)耐腐蝕壽命長(zhǎng)錨鍵錨體的應(yīng)變監(jiān)測(cè)AnchortendonAnchorBodyFBG標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變測(cè)試儀FBG應(yīng)變傳感器錨桿長(zhǎng)40m應(yīng)用例－錨桿壓力應(yīng)變監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期維護(hù)AnchortendonA34波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器課件35光柵標(biāo)準(zhǔn)具Bragg波長(zhǎng)：對(duì)于啁啾光柵：干涉條紋的占空比：光柵標(biāo)準(zhǔn)具Bragg波長(zhǎng)：36熒光、磷光、黑體輻射等－大多數(shù)為非功能型測(cè)量速度：測(cè)10個(gè)FBG的傳感器系統(tǒng)，最快10ms（100Hz)缺點(diǎn)：只局限于檢測(cè)一個(gè)很小截面內(nèi)的某一參量的值。FB200波長(zhǎng)監(jiān)控器VS波長(zhǎng)計(jì)Threeanchors光纖FP傳感器、光纖Bragg光柵傳感器等。靈敏度：1C10pm光源：白熾燈、汞弧燈可沿空間位置連續(xù)測(cè)量單、多參量的傳感器。人體血?dú)獾姆治?、pH值檢測(cè)頻率響應(yīng)：可達(dá)1MHz光源：白熾燈、汞弧燈結(jié)論：對(duì)于去敏設(shè)計(jì)，一般應(yīng)選擇彈性模量大的材料光源和頻譜分析器的性能系統(tǒng)的穩(wěn)定性和分辨率光纖FP傳感器、光纖Bragg光柵傳感器等。紫外引起的光敏折射率變化在橫截面上分布均勻，且不影響光纖的各向同性特性；保護(hù)層對(duì)光纖光柵傳感性能影響高速測(cè)量(10msec間隔)入射光波的特征參量：波長(zhǎng)I型光柵－通信鍺硅光纖，Δn>0光纖傳感器與智能材料傳統(tǒng)材料強(qiáng)度要求現(xiàn)代材料“自檢”的功能獲得材料及結(jié)構(gòu)的整體性、環(huán)境條件等信息確定系統(tǒng)的運(yùn)行情況、可靠性確定剩余壽命提出“智能材料與結(jié)構(gòu)”的概念在材料和結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中－埋入傳感元件和驅(qū)動(dòng)元件熒光、磷光、黑體輻射等－大多數(shù)為非功能型光纖傳感器與智能材料37智能結(jié)構(gòu)對(duì)傳感器的特殊要求①微型化：保證傳感器的埋入不會(huì)影響材料的性能（或影響很?。诟呖煽浚捍_保智能材料在整個(gè)“服役期”能正常有效地運(yùn)行③網(wǎng)絡(luò)化：以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用或空間分布式測(cè)量使傳感系統(tǒng)可獲取較大空間范圍內(nèi)的傳感信息光纖傳感器

智能結(jié)構(gòu)對(duì)傳感器的特殊要求38可用于智能結(jié)構(gòu)的光纖傳感器點(diǎn)式傳感器光纖FP傳感器、光纖Bragg光柵傳感器等。優(yōu)點(diǎn)：傳感頭尺寸小<<結(jié)構(gòu)尺寸缺點(diǎn)：只局限于檢測(cè)一個(gè)很小截面內(nèi)的某一參量的值。積分式傳感器可用于測(cè)量一定范圍內(nèi)某一參量的平均值例如：光纖干涉儀（MZ干涉儀、Michelson干涉儀等）可用于測(cè)量光纖長(zhǎng)度范圍內(nèi)應(yīng)變或溫度的平均值。用單根高雙折射光纖構(gòu)成的光纖偏振干涉儀也屬于積分式傳感器分布式傳感器可沿空間位置連續(xù)測(cè)量單、多參量的傳感器。主要特征參量是空間分辨率和靈敏度非線性效應(yīng)分布式光纖傳感器；高雙折射光纖構(gòu)成的分布式光纖壓力傳感器等可用于智能結(jié)構(gòu)的光纖傳感器點(diǎn)式傳感器39光纖傳感器用于智能結(jié)構(gòu)的一些問(wèn)題光纖傳感器的復(fù)用由多個(gè)點(diǎn)式傳感器和（或）多個(gè)積分式傳感器，和（或）多個(gè)分布式傳感器構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜的傳感系統(tǒng)與智能結(jié)構(gòu)的兼容性在智能結(jié)構(gòu)中的分布在智能結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的工藝研究光纖傳感器用于智能結(jié)構(gòu)的一些問(wèn)題光纖傳感器的復(fù)用40傳光型波長(zhǎng)調(diào)制光纖傳感器熒光、磷光光譜關(guān)鍵光源和頻譜分析器的性能系統(tǒng)的穩(wěn)定性和分辨率光源：白熾燈、汞弧燈頻譜分析儀：光柵、棱鏡分光計(jì)；干涉和染料濾光器穩(wěn)定性:比值運(yùn)算，補(bǔ)償系統(tǒng)誤差主要應(yīng)用-醫(yī)學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域。人體血?dú)獾姆治?、pH值檢測(cè)指示劑溶液濃度的化學(xué)分析磷光和熒光現(xiàn)象分析黑體輻射分析法布里一帕羅濾光器等調(diào)制器被測(cè)參量分光計(jì)信號(hào)處理輸出入射光纖出射光纖傳光型波長(zhǎng)調(diào)制光纖傳感器熒光、磷光光譜調(diào)制器被測(cè)參量分光計(jì)信41光纖pH值傳感器基本原理化學(xué)指示劑對(duì)被測(cè)溶液的顏色反應(yīng)探頭結(jié)構(gòu)指示劑的透明度紅色區(qū)域?qū)H值非常敏感在綠色區(qū)域卻與pH值無(wú)關(guān)光纖pH值傳感器基本原理42設(shè)計(jì)實(shí)例綠光(λ1＝558nm)作為調(diào)制檢測(cè)光，紅光(λ2＝630nm)作參考光L為試劑長(zhǎng)度；Δ＝pH－pK，(pH酸堿度，pK酸堿平衡常數(shù))穩(wěn)定性條件光源和光探測(cè)器有足夠高的溫度穩(wěn)定性準(zhǔn)確度pH值在7-7.4的范圍內(nèi)儀器具有0.01的分辨率血液的pH值采用不同的化學(xué)指示劑，可測(cè)量不同pH值范圍的溶液。設(shè)計(jì)實(shí)例綠光(λ1＝558nm)作為調(diào)制檢測(cè)光，紅光(λ2＝43光纖磷光傳感器原理:稀土磷光體的磷光光譜隨溫度變化而改變測(cè)量方法：頻譜不同的光電二極管0.1℃的分辨率，準(zhǔn)確度為ｌ℃濾光片光纖磷光傳感器原理:稀土磷光體的磷光光譜隨溫度變化而改變44傳感頭設(shè)計(jì)傳感頭設(shè)計(jì)45黑體溫度計(jì)非接觸式測(cè)溫技術(shù)：測(cè)量物體的熱輻射能量表面溫度探頭結(jié)構(gòu)黑體溫度計(jì)非接觸式測(cè)溫技術(shù)：測(cè)量物體的熱輻射能量表面溫度46可沿空間位置連續(xù)測(cè)量單、多參量的傳感器。光源和光探測(cè)器有足夠高的溫度穩(wěn)定性準(zhǔn)確度高速&高分辨率測(cè)量光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)光纖光柵的主要類型 cont’d應(yīng)力靈敏度系數(shù)(1011/(N/m2))0 1 2 3 4 5原理:稀土磷光體的磷光光譜隨溫度變化而改變AnchorBody啁啾光柵（chirped）II型光柵－透射譜為高通，溫度穩(wěn)定性高，擦除800℃不同彈性模量E、不同泊松比μ材料隨厚度的增加造成的靈敏度飽和現(xiàn)象在材料和結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中－埋入傳感元件和驅(qū)動(dòng)元件02 4 68 10×103無(wú)活動(dòng)部分-保證了儀器的緊湊性、高可靠性及高速測(cè)量。頻率響應(yīng)：可達(dá)1MHzDiffractiongrating在材料和結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中－埋入傳感元件和驅(qū)動(dòng)元件波長(zhǎng)分辨率：<1pm確定系統(tǒng)的運(yùn)行情況、可靠性光纖血?dú)鈧鞲衅餮獨(dú)庵笛醴謮海∕）二氧化碳分壓（pc）氫離子濃度（pH）可沿空間位置連續(xù)測(cè)量單、多參量的傳感器。光纖血?dú)鈧鞲衅餮獨(dú)庵?7FBG應(yīng)變傳感模型彈光效應(yīng)引起的波長(zhǎng)漂移縱向應(yīng)變靈敏度系數(shù)波導(dǎo)效應(yīng)引起的光纖光柵波長(zhǎng)相對(duì)漂移

NA=0.110 1 2 3 4 5光纖芯徑（μm）相對(duì)靈敏度系數(shù)-0.0006-0.0004-0.0002NA=0.13NA=0.15NA=0.170NA=0.11FBG應(yīng)變傳感模型彈光效應(yīng)引起的波長(zhǎng)漂移縱向應(yīng)變靈敏度系數(shù)48光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)不同彈性模量E、不同泊松比μ材料對(duì)光纖光柵應(yīng)力靈敏度系數(shù)的影響結(jié)論：對(duì)于去敏設(shè)計(jì)，一般應(yīng)選擇彈性模量大的材料1.051.061.071.0802 4 68 10×103涂層厚度（μm）應(yīng)力靈敏度系數(shù)(10-11/(N/m2))E＝86.5×109E＝90×109E＝110×109E＝120×1091.021.041.061.0802 46 810×103涂層厚度（μm）應(yīng)力靈敏度系數(shù)(10-11/(N/m2))ν＝0.98ν＝0.7v＝0.483ν＝0.17光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)不同彈性模量E、不同泊松比μ材料對(duì)光纖49光纖光柵的保護(hù)和封裝保護(hù)層對(duì)光纖光柵傳感性能影響

裸纖光柵的應(yīng)變極限僅7860με二次涂敷前后光纖光柵標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力拉伸實(shí)驗(yàn)

寬譜光源光纖光柵光纖砝碼■涂覆后－涂覆前1547.01546.91546.81546.71546.61546.51546.41546.31546.2010 20 3040 50縱向載荷（g）波長(zhǎng)漂移（nm）光纖光柵的保護(hù)和封裝保護(hù)層對(duì)光纖光柵傳感性能影響寬譜光源光50FBG多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高精度：

1pm/0.1℃,1pm/με

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

傳感器數(shù)量受限FBG多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高精度：1pm/0.1℃,1p51PC機(jī)上的圖形用戶界面（GUI）PC機(jī)上的圖形用戶界面（GUI）52應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例53光柵標(biāo)準(zhǔn)具Bragg波長(zhǎng)：對(duì)于啁啾光柵：干涉條紋的占空比：光柵標(biāo)準(zhǔn)具Bragg波長(zhǎng)：54入射光波的特征參量：波長(zhǎng)應(yīng)力靈敏度系數(shù)(10-11/(N/m2))高精度：1pm/0.熒光、磷光、黑體輻射等－大多數(shù)為非功能型應(yīng)力靈敏度系數(shù)(1011/(N/m2))非均勻涂敷對(duì)光柵光學(xué)性能的影響02 4 68 10×103頻率響應(yīng)：可達(dá)1MHz高精度：1pm/0.結(jié)論：對(duì)于去敏設(shè)計(jì)，一般應(yīng)選擇彈性模量大的材料原理:稀土磷光體的磷光光譜隨溫度變化而改變靈敏度：11pm測(cè)量速度：測(cè)10個(gè)FBG的傳感器系統(tǒng)，最快10ms（100Hz)可用于測(cè)量一定范圍內(nèi)某一參量的平均值光源和頻譜分析器的性能系統(tǒng)的穩(wěn)定性和分辨率Diffractiongrating結(jié)構(gòu)：周期沿光纖軸向變化－線性、非線性非均勻涂敷對(duì)光柵光學(xué)性能的影響高速&高分辨率測(cè)量在綠色區(qū)域卻與pH值無(wú)關(guān)可用于智能結(jié)構(gòu)的光纖傳感器光纖光柵的主要類型 cont’d應(yīng)用領(lǐng)域－通信、傳感、信息處理穩(wěn)定性:比值運(yùn)算，補(bǔ)償系統(tǒng)誤差結(jié)論：對(duì)于去敏設(shè)計(jì)，一般應(yīng)選擇彈性模量大的材料1℃的分辨率，準(zhǔn)確度為ｌ℃光源和光探測(cè)器有足夠高的溫度穩(wěn)定性準(zhǔn)確度③網(wǎng)絡(luò)化：以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用或空間分布式測(cè)量使傳感系統(tǒng)可獲取較大空間范圍內(nèi)的傳感信息應(yīng)力靈敏度系數(shù)(10-11/(N/m2))02 46 810×103AnchorBody制造－振幅模板、逐點(diǎn)寫入法人體血?dú)獾姆治觥H值檢測(cè)光柵的生命周期與穩(wěn)定性010 20 3040 50光纖Bragg光柵(FBG)傳光型波長(zhǎng)調(diào)制光纖傳感器光源和頻譜分析器的性能系統(tǒng)的穩(wěn)定性和分辨率入射光波的特征參量：波長(zhǎng)PC機(jī)上的圖形用戶界面（GUI）可用于智能結(jié)構(gòu)的光纖傳感器點(diǎn)式傳感器光纖FP傳感器、光纖Bragg光柵傳感器等。優(yōu)點(diǎn)：傳感頭尺寸小<<結(jié)構(gòu)尺寸缺點(diǎn)：只局限于檢測(cè)一個(gè)很小截面內(nèi)的某一參量的值。積分式傳感器可用于測(cè)量一定范圍內(nèi)某一參量的平均值例如：光纖干涉儀（MZ干涉儀、Michelson干涉儀等）可用于測(cè)量光纖長(zhǎng)度范圍內(nèi)應(yīng)變或溫度的平均值。用單根高雙折射光纖構(gòu)成的光纖偏振干涉儀也屬于積分式傳感器分布式傳感器可沿空間位置連續(xù)測(cè)量單、多參量的傳感器。主要特征參量是空間分辨率和靈敏度非線性效應(yīng)分布式光纖傳感器；高雙折射光纖構(gòu)成的分布式光纖壓力傳感器等入射光波的特征參量：波長(zhǎng)可用于智能結(jié)構(gòu)的光纖傳感器可用于智能55光纖傳感器的分類功能型按照被調(diào)制的光波參數(shù)強(qiáng)度調(diào)制型相位/頻率調(diào)制型波長(zhǎng)調(diào)制型偏振調(diào)制型入射光波出射光波入射光波的特征參量：波長(zhǎng)

外界因素：溫度，壓力，電磁場(chǎng)，位移光纖傳感器的分類功能型入射光波出射光波入射光波的特征參量：波565.5波長(zhǎng)調(diào)制機(jī)理引起波長(zhǎng)變化－光譜特性隨外界物理量而變化熒光、磷光、黑體輻射等－大多數(shù)為非功能型光纖光柵－功能型光纖光柵～反射鏡應(yīng)用領(lǐng)域－通信、傳感、信息處理光通信器件半導(dǎo)體激光器、光纖激光器光纖放大器、濾波器波分復(fù)用/解復(fù)用器色散補(bǔ)償傳感光學(xué)信息補(bǔ)償－光學(xué)Fourier變換、相位陣列天線5.5波長(zhǎng)調(diào)制機(jī)理引起波長(zhǎng)變化－光譜特性隨外界物理量而變化57傳感應(yīng)用光纖光柵傳感器優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定、可靠傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小測(cè)量重復(fù)性好可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)測(cè)量便于規(guī)模生產(chǎn)、成網(wǎng)不足：解調(diào)系統(tǒng)昂貴、動(dòng)態(tài)范圍受限傳感應(yīng)用光纖光柵傳感器58光纖的光敏性歷史1978年，加拿大，488nm1989年，美國(guó)G.Meltz，244nm（倍頻）,通信窗口的FBG載氫摻鍺光敏性的解釋：色心模型紫外輻射玻璃的壓縮光敏性類型：I型光柵－通信鍺硅光纖，Δn>0IIA型光柵－重?fù)芥N光纖，I型被擦除后，負(fù)調(diào)制折射率深度II型光柵－透射譜為高通，溫度穩(wěn)定性高，擦除800℃光柵的生命周期與穩(wěn)定性光纖的光敏性歷史59光纖光柵的主要類型光纖Bragg光柵(FBG)ncnclλB光纖光柵的主要類型光纖Bragg光柵(FBG)nc60光纖光柵的主要類型 cont’d長(zhǎng)周期光柵LPG導(dǎo)模包層模，損耗寬帶透射譜－增益平坦靈敏制造－振幅模板、逐點(diǎn)寫入法CORECLADDING光纖光柵的主要類型 cont’d長(zhǎng)周期光柵LPGC61光纖光柵的主要類型 cont’d啁啾光柵（chirped）結(jié)構(gòu)：周期沿光纖軸向變化－線性、非線性寬帶反射譜：可達(dá)100nm應(yīng)用色散補(bǔ)償：100km（at1550nm）的色散3.6cm寬帶濾波器增益平坦CORECLADDING短長(zhǎng)光纖光柵的主要類型 cont’d啁啾光柵（chirp62光纖光柵的主要類型 cont’d閃耀光柵結(jié)構(gòu)：波矢方向與光纖軸有一夾角模式耦合：導(dǎo)模包層模/異階導(dǎo)模相位光柵FBG某些點(diǎn)處的周期性被破壞附加相移解復(fù)用器MAIN-MODESIDE-MODECORECLADDINGlr，為光柵寫入時(shí)，距相位模版遠(yuǎn)端的距離l1CORECLADDINGl1光纖光柵的主要類型 cont’d閃耀光柵MAIN-M63應(yīng)變傳感模型對(duì)于各向同性圓柱體－幾點(diǎn)假設(shè)：光柵自身結(jié)構(gòu)－纖芯+包層，忽略所有外包層的影響；石英光纖－理想彈性體，遵循虎克定律，且內(nèi)部不存在切應(yīng)變；紫外引起的光敏折射率變化在橫截面上分布均勻，且不影響光纖的各向同性特性；所有應(yīng)力均為靜應(yīng)力，不考慮隨時(shí)間變化彈光效應(yīng)彈性變形橫向應(yīng)力作用縱向應(yīng)力作用應(yīng)變傳感模型對(duì)于各向同性圓柱體－彈光效應(yīng)彈性變形橫向應(yīng)力作用645.5波長(zhǎng)調(diào)制機(jī)理靈敏度：11pm測(cè)量范圍：1％頻率響應(yīng)：可達(dá)1MHz

應(yīng)變測(cè)量布喇格波長(zhǎng)

溫度測(cè)量靈敏度：1C10pm測(cè)量范圍：200C5.5波長(zhǎng)調(diào)制機(jī)理靈敏度：11pm應(yīng)變測(cè)量布喇65FBG應(yīng)變傳感模型彈光效應(yīng)引起的波長(zhǎng)漂移縱向應(yīng)變靈敏度系數(shù)波導(dǎo)效應(yīng)引起的光纖光柵波長(zhǎng)相對(duì)漂移

NA=0.110 1 2 3 4 5光纖芯徑（μm）相對(duì)靈敏度系數(shù)-0.0006-0.0004-0.0002NA=0.13NA=0.15NA=0.170NA=0.11FBG應(yīng)變傳感模型彈光效應(yīng)引起的波長(zhǎng)漂移縱向應(yīng)變靈敏度系數(shù)66光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)不同彈性模量E、不同泊松比μ材料隨厚度的增加造成的靈敏度飽和現(xiàn)象結(jié)論：欲提高光纖光柵的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，必須選用低彈性模量、高泊松比的涂敷材料進(jìn)行保護(hù)。選用高彈性模量、低泊松比的金屬材料進(jìn)行涂敷，才能達(dá)到提高光柵穩(wěn)定性的目的

11.522.533.544.502 4 68 10×103涂層厚度（μm）應(yīng)力靈敏度系數(shù)(1011/(N/m2))ν＝0.483E＝0.39×109E＝10×109E＝72×109E＝100×10912634502 4 68 10×103涂層厚度（μm）應(yīng)力靈敏度系數(shù)(1011/(N/m2))E＝3.9×109ν＝0.98ν＝0.70v＝0.483ν＝0.17光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)不同彈性模量E、不同泊松比μ材料隨厚度67光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)不同彈性模量E、不同泊松比μ材料對(duì)光纖光柵應(yīng)力靈敏度系數(shù)的影響結(jié)論：對(duì)于去敏設(shè)計(jì)，一般應(yīng)選擇彈性模量大的材料1.051.061.071.0802 4 68 10×103涂層厚度（μm）應(yīng)力靈敏度系數(shù)(10-11/(N/m2))E＝86.5×109E＝90×109E＝110×109E＝120×1091.021.041.061.0802 46 810×103涂層厚度（μm）應(yīng)力靈敏度系數(shù)(10-11/(N/m2))ν＝0.98ν＝0.7v＝0.483ν＝0.17光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)不同彈性模量E、不同泊松比μ材料對(duì)光纖68非均勻涂敷對(duì)光柵光學(xué)性能的影響現(xiàn)象二次涂敷后－反射率隨拉伸載荷的增加逐漸下降反射譜也逐漸加寬解釋涂敷不均勻造成的chirp－非線性隨機(jī)chirp光柵反射譜將發(fā)生隨機(jī)展寬附加噪聲解決方法涂敷材料選擇嚴(yán)格控制二次涂敷工藝非均勻涂敷對(duì)光柵光學(xué)性能的影響現(xiàn)象69光纖光柵的保護(hù)和封裝保護(hù)層對(duì)光纖光柵傳感性能影響

裸纖光柵的應(yīng)變極限僅7860με二次涂敷前后光纖光柵標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力拉伸實(shí)驗(yàn)

寬譜光源光纖光柵光纖砝碼■涂覆后－涂覆前1547.01546.91546.81546.71546.61546.51546.41546.31546.2010 20 3040 50縱向載荷（g）波長(zhǎng)漂移（nm）光纖光柵的保護(hù)和封裝保護(hù)層對(duì)光纖光柵傳感性能影響寬譜光源光70FBG的應(yīng)用模式單參量測(cè)量雙參量測(cè)量準(zhǔn)分布式多點(diǎn)測(cè)量FBG的應(yīng)用模式單參量測(cè)量71采用不同的化學(xué)指示劑，可測(cè)量不同pH值范圍的溶液。主要特征參量是空間分辨率和靈敏度在材料和結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中－埋入傳感元件和驅(qū)動(dòng)元件可沿空間位置連續(xù)測(cè)量單、多參量的傳感器。結(jié)論：對(duì)于去敏設(shè)計(jì)，一般應(yīng)選擇彈性模量大的材料光纖傳感器用于智能結(jié)構(gòu)的一些問(wèn)題應(yīng)力靈敏度系數(shù)(1011/(N/m2))嚴(yán)格控制二次涂敷工藝保護(hù)層對(duì)光纖光柵傳感性能影響按照被調(diào)制的光波參數(shù)靈敏度：1C10pmΔ＝pH－pK，(pH酸堿度，pK酸堿平衡常數(shù))光纖Bragg光柵(FBG)高速測(cè)量(10msec間隔)光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)應(yīng)力靈敏度系數(shù)(1011/(N/m2))4的范圍內(nèi)儀器具有0.不同彈性模量E、不同泊松比μ材料隨厚度的增加造成的靈敏度飽和現(xiàn)象用單根高雙折射光纖構(gòu)成的光纖偏振干涉儀也屬于積分式傳感器抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定、可靠FBG基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)AQ4315ASE寬帶光源FBG光環(huán)行器FB200波長(zhǎng)監(jiān)控器231FBG波長(zhǎng)1波長(zhǎng)2采用不同的化學(xué)指示劑，可測(cè)量不同pH值范圍的溶液。FBG基本72FBG多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高精度：

1pm/0.1℃,1pm/με

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

傳感器數(shù)量受限FBG多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高精度：1pm/0.1℃,1p73FBG特點(diǎn)

高速&

高分辨率測(cè)量

測(cè)量FBG反射譜的功率及中心波長(zhǎng)

波長(zhǎng)范圍：1527～1567nm或

1568～1607nm

波長(zhǎng)分辨率：<1pm

功率范圍：

-4dBm

～-60dBm(0.1nmRBW)

測(cè)量速度：

測(cè)10個(gè)FBG的傳感器系統(tǒng)，最快10ms（100Hz)

FBG傳感器的最大數(shù)量：40

超緊湊&高可靠性

220X170X90mm,2Kg(包括供電)

設(shè)計(jì)高度可靠

(使用壽命

>10年)

工作溫度：0to60℃FBG特點(diǎn)高速&高分辨率測(cè)量74分光儀

帶有光二極管陣列(PDA)的多色儀結(jié)構(gòu)

固定的衍射光柵保證儀器的魯棒特性；

無(wú)活動(dòng)部分-保證了儀器的緊湊性、高可靠性及高速測(cè)量。

波長(zhǎng)分辨率

高分辨率

(<1pm)；對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)采用獨(dú)特的內(nèi)插算法來(lái)獲得極高的分辨率

注：魯棒特性是指一個(gè)系統(tǒng)在非理想環(huán)境下的工作能力，這種環(huán)境里可能有許多其他信號(hào)或干擾，或者收到的信號(hào)電平具有快速起伏的特征。光纖光柵光二極管陣列鏡面透鏡分光儀帶有光二極管陣列(PDA)的多色儀結(jié)構(gòu)注：光纖光柵光75測(cè)量實(shí)例高速測(cè)量

(10msec間隔)10Hz振動(dòng)34Hz振動(dòng)(實(shí)線:正弦曲線)測(cè)量實(shí)例高速測(cè)量(10msec間隔)10Hz振動(dòng)34H76軟硬件結(jié)構(gòu)PC機(jī)上的圖形用戶界面（GUI）單色儀結(jié)構(gòu)PhotoDiodeArrayfiberDiffractiongratingmirrorlens640-elmentsPhotoDiodeArrayASEsource(whitelightsource)FBGsensorcirculatorWavelengthmonitor2FBGsensor31軟硬件結(jié)構(gòu)PC機(jī)上的圖形用戶界面（GUI）PhotoDiod77PC機(jī)上的圖形用戶界面（GUI）PC機(jī)上的圖形用戶界面（GUI）78測(cè)量結(jié)果比較FB200

波長(zhǎng)監(jiān)控器VS波長(zhǎng)計(jì)測(cè)量結(jié)果比較FB200波長(zhǎng)監(jiān)控器VS波長(zhǎng)計(jì)79應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍80應(yīng)用范圍復(fù)用數(shù)目應(yīng)用范圍復(fù)用數(shù)目81Δ＝pH－pK，(pH酸堿度，pK酸堿平衡常數(shù))Wavelengthmonitor穩(wěn)定性:比值運(yùn)算，補(bǔ)償系統(tǒng)誤差半導(dǎo)體激光器、光纖激光器靈敏度：11pm應(yīng)力靈敏度系數(shù)(10-11/(N/m2))確定系統(tǒng)的運(yùn)行情況、可靠性主要特征參量是空間分辨率和靈敏度選用高彈性模量、低泊松比的金屬材料進(jìn)行涂敷，才能達(dá)到提高光柵穩(wěn)定性的目的波長(zhǎng)分辨率：<1pm非均勻涂敷對(duì)光柵光學(xué)性能的影響引起波長(zhǎng)變化－光譜特性隨外界物理量而變化AnchorBodyII型光柵－透射譜為高通，溫度穩(wěn)定性高，擦除800℃640-elmentsPhotoDiodeArray光纖FP傳感器、光纖Bragg光柵傳感器等。頻率響應(yīng)：可達(dá)1MHz測(cè)量速度：測(cè)10個(gè)FBG的傳感器系統(tǒng)，最快10ms（100Hz)可沿空間位置連續(xù)測(cè)量單、多參量的傳感器。高精度：1pm/0.應(yīng)用范圍實(shí)例●水位分布測(cè)定Δ＝pH－pK，(pH酸堿度，pK酸堿平衡常數(shù))應(yīng)用范圍實(shí)例82機(jī)站布局測(cè)試站內(nèi)部主機(jī)輸電線周圍狀況

機(jī)站布局測(cè)試站內(nèi)部主機(jī)輸電線周圍狀況83應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例84應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍85應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍86應(yīng)用例Sensorforlandslidemovement(B-OTDR)Threeanchors(FBG)應(yīng)用例Sensorforlandslidemoveme87應(yīng)用范圍日本女子大學(xué)百年館の外観（建設(shè)時(shí)）應(yīng)用范圍日本女子大學(xué)百年館の外観（建設(shè)時(shí)）88應(yīng)用例－錨桿壓力應(yīng)變監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期維護(hù)耐腐蝕壽命長(zhǎng)錨鍵錨體的應(yīng)變監(jiān)測(cè)AnchortendonAnchorBodyFBG標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變測(cè)試儀FBG應(yīng)變傳感器錨桿長(zhǎng)40m應(yīng)用例－錨桿壓力應(yīng)變監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期維護(hù)AnchortendonA89波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器課件90光柵標(biāo)準(zhǔn)具Bragg波長(zhǎng)：對(duì)于啁啾光柵：干涉條紋的占空比：光柵標(biāo)準(zhǔn)具Bragg波長(zhǎng)：91熒光、磷光、黑體輻射等－大多數(shù)為非功能型測(cè)量速度：測(cè)10個(gè)FBG的傳感器系統(tǒng)，最快10ms（100Hz)缺點(diǎn)：只局限于檢測(cè)一個(gè)很小截面內(nèi)的某一參量的值。FB200波長(zhǎng)監(jiān)控器VS波長(zhǎng)計(jì)Threeanchors光纖FP傳感器、光纖Bragg光柵傳感器等。靈敏度：1C10pm光源：白熾燈、汞弧燈可沿空間位置連續(xù)測(cè)量單、多參量的傳感器。人體血?dú)獾姆治?、pH值檢測(cè)頻率響應(yīng)：可達(dá)1MHz光源：白熾燈、汞弧燈結(jié)論：對(duì)于去敏設(shè)計(jì)，一般應(yīng)選擇彈性模量大的材料光源和頻譜分析器的性能系統(tǒng)的穩(wěn)定性和分辨率光纖FP傳感器、光纖Bragg光柵傳感器等。紫外引起的光敏折射率變化在橫截面上分布均勻，且不影響光纖的各向同性特性；保護(hù)層對(duì)光纖光柵傳感性能影響高速測(cè)量(10msec間隔)入射光波的特征參量：波長(zhǎng)I型光柵－通信鍺硅光纖，Δn>0光纖傳感器與智能材料傳統(tǒng)材料強(qiáng)度要求現(xiàn)代材料“自檢”的功能獲得材料及結(jié)構(gòu)的整體性、環(huán)境條件等信息確定系統(tǒng)的運(yùn)行情況、可靠性確定剩余壽命提出“智能材料與結(jié)構(gòu)”的概念在材料和結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中－埋入傳感元件和驅(qū)動(dòng)元件熒光、磷光、黑體輻射等－大多數(shù)為非功能型光纖傳感器與智能材料92智能結(jié)構(gòu)對(duì)傳感器的特殊要求①微型化：保證傳感器的埋入不會(huì)影響材料的性能（或影響很?。诟呖煽浚捍_保智能材料在整個(gè)“服役期”能正常有效地運(yùn)行③網(wǎng)絡(luò)化：以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用或空間分布式測(cè)量使傳感系統(tǒng)可獲取較大空間范圍內(nèi)的傳感信息光纖傳感器

智能結(jié)構(gòu)對(duì)傳感器的特殊要求93可用于智能結(jié)構(gòu)的光纖傳感器點(diǎn)式傳感器光纖FP傳感器、光纖Bragg光柵傳感器等。優(yōu)點(diǎn)：傳感頭尺寸小<<結(jié)構(gòu)尺寸缺點(diǎn)：只局限于檢測(cè)一個(gè)很小截面內(nèi)的某一參量的值。積分式傳感器可用于測(cè)量一定范圍內(nèi)某一參量的平均值例如：光纖干涉儀（MZ干涉儀、Michelson干涉儀等）可用于測(cè)量光纖長(zhǎng)度范圍內(nèi)應(yīng)變或溫度的平均值。用單根高雙折射光纖構(gòu)成的光纖偏振干涉儀也屬于積分式傳感器分布式傳感器可沿空間位置連續(xù)測(cè)量單、多參量的傳感器。主要特征參量是空間分辨率和靈敏度非線性效應(yīng)分布式光纖傳感器；高雙折射光纖構(gòu)成的分布式光纖壓力傳感器等可用于智能結(jié)構(gòu)的光纖傳感器點(diǎn)式傳感器94光纖傳感器用于智能結(jié)構(gòu)的一些問(wèn)題光纖傳感器的復(fù)用由多個(gè)點(diǎn)式傳感器和（或）多個(gè)積分式傳感器，和（或）多個(gè)分布式傳感器構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜的傳感系統(tǒng)與智能結(jié)構(gòu)的兼容性在智能結(jié)構(gòu)中的分布在智能結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的工藝研究光纖傳感器用于智能結(jié)構(gòu)的一些問(wèn)題光纖傳感器的復(fù)用95傳光型波長(zhǎng)調(diào)制光纖傳感器熒光、磷光光譜關(guān)鍵光源和頻譜分析器的性能系統(tǒng)的穩(wěn)定性和分辨率光源：白熾燈、汞弧燈頻譜分析儀：光柵、棱鏡分光計(jì)；干涉和染料濾光器穩(wěn)定性:比值運(yùn)算，補(bǔ)償系統(tǒng)誤差主要應(yīng)用-醫(yī)學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域。人體血?dú)獾姆治?、pH值檢測(cè)指示劑溶液濃度的化學(xué)分析磷光和熒光現(xiàn)象分析黑體輻射分析法布里一帕羅濾光器等調(diào)制器被測(cè)參量分光計(jì)信號(hào)處理輸出入射光纖出射光纖傳光型波長(zhǎng)調(diào)制光纖傳感器熒光、磷光光譜調(diào)制器被測(cè)參量分光計(jì)信96光纖pH值傳感器基本原理化學(xué)指示劑對(duì)被測(cè)溶液的顏色反應(yīng)探頭結(jié)構(gòu)指示劑的透明度紅色區(qū)域?qū)H值非常敏感在綠色區(qū)域卻與pH值無(wú)關(guān)光纖pH值傳感器基本原理97設(shè)計(jì)實(shí)例綠光(λ1＝558nm)作為調(diào)制檢測(cè)光，紅光(λ2＝630nm)作參考光L為試劑長(zhǎng)度；Δ＝pH－pK，(pH酸堿度，pK酸堿平衡常數(shù))穩(wěn)定性條件光源和光探測(cè)器有足夠高的溫度穩(wěn)定性準(zhǔn)確度pH值在7-7.4的范圍內(nèi)儀器具有0.01的分辨率血液的pH值采用不同的化學(xué)指示劑，可測(cè)量不同pH值范圍的溶液。設(shè)計(jì)實(shí)例綠光(λ1＝558nm)作為調(diào)制檢測(cè)光，紅光(λ2＝98光纖磷光傳感器原理:稀土磷光體的磷光光譜隨溫度變化而改變測(cè)量方法：頻譜不同的光電二極管0.1℃的分辨率，準(zhǔn)確度為ｌ℃濾光片光纖磷光傳感器原理:稀土磷光體的磷光光譜隨溫度變化而改變99傳感頭設(shè)計(jì)傳感頭設(shè)計(jì)100黑體溫度計(jì)非接觸式測(cè)溫技術(shù)：測(cè)量物體的熱輻射能量表面溫度探頭結(jié)構(gòu)黑體溫度計(jì)非接觸式測(cè)溫技術(shù)：測(cè)量物體的熱輻射能量表面溫度101可沿空間位置連續(xù)測(cè)量單、多參量的傳感器。光源和光探測(cè)器有足夠高的溫度穩(wěn)定性準(zhǔn)確度高速&高分辨率測(cè)量光纖光柵增敏與去敏設(shè)計(jì)光纖光柵的主要類型 cont’d應(yīng)力靈敏度系數(shù)(1011/(N/m2))0 1 2 3 4 5原理:稀土磷光體的磷光光譜隨溫度變化而改變AnchorBody啁啾光柵（chirped）II型光柵－透射譜為高通，溫度穩(wěn)定性高，擦除800℃不同彈性模量E、不同泊松比μ材料隨厚度的增加造成的靈敏度飽和現(xiàn)象在材料和結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中－埋入傳感元件和驅(qū)動(dòng)元件02 4 68 10×103無(wú)活動(dòng)部分-保證了儀器的緊湊性、高可靠性及高速測(cè)量。頻率響應(yīng)：可達(dá)1MHzDiffractiongrating在材料和結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中－埋入傳感元件和驅(qū)動(dòng)元件波長(zhǎng)分辨率：<1pm確定系統(tǒng)的運(yùn)行情況、可靠性光纖血?dú)鈧鞲衅餮獨(dú)庵笛醴謮海∕）二氧化碳分壓（pc）氫離子濃度（pH）可沿空間位置連續(xù)測(cè)量單、多參量的傳感器。光纖血?dú)鈧鞲衅餮獨(dú)庵?02FBG應(yīng)變傳感模型彈光效應(yīng)引起的波長(zhǎng)漂移縱向應(yīng)變靈敏度系數(shù)波導(dǎo)效應(yīng)引起的光纖光柵波長(zhǎng)相對(duì)漂移

NA=0.110 1 2 3 4 5光纖芯徑（μm）相對(duì)靈敏度系數(shù)-0.0006-0.0004-0.0002NA=0.13NA=0.15NA=0.170NA=0.11FBG應(yīng)變傳感模型彈光效應(yīng)引起的波長(zhǎng)漂移縱向應(yīng)變靈敏度系數(shù)