光纖布拉格光柵傳感器

光纖布拉格光柵傳感器2023/7/301第1頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月將光柵區(qū)用作傳感區(qū)，當(dāng)被傳感物質(zhì)溫度、結(jié)構(gòu)或是位置發(fā)生變化的時候，光柵的周期和纖芯模的有效折射率將會發(fā)生相應(yīng)的變化，從而改變

Bragg中心波長。通過光譜分析儀或是其它的波長解調(diào)技術(shù)對反射光的Bragg波長進(jìn)行檢測就可以獲得待測參量的變化情況（見圖2）。

2023/7/302第2頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月

將FBG傳感器用于工程監(jiān)測，其最大優(yōu)勢在于可以將具有不同柵距的布拉格光柵間隔地制作在同一根光纖上，用同一根光纖復(fù)用多個FBG傳感器，實(shí)現(xiàn)對待測結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)分布式的測量。FBG傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3。

2023/7/303第3頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖Bragg光柵在橋梁、通訊、建筑、機(jī)械、醫(yī)療、航海、航天、礦業(yè)等領(lǐng)域都能發(fā)揮重要作用，所以具有廣闊的應(yīng)用前景。它具有體積小、重量輕、與光纖兼容、插入損耗低、性能長期穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。特別適合在易燃，易爆，和強(qiáng)電磁等惡劣環(huán)境下使用。

FBG技術(shù)的特點(diǎn)：測量精度高——FBG應(yīng)力測量精度可以達(dá)到1με，溫度測量精度可以達(dá)到0.1℃。響應(yīng)時間短——單個FBG傳感器響應(yīng)時間小于0.01s。（時間與FBG傳感器距離監(jiān)控器實(shí)際距離有關(guān)）測量范圍大——應(yīng)變測量可以超過10000με。

2023/7/304第4頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3.1

傳感原理光纖光柵的Bragg波長是隨光柵的周期和纖芯模的有效折射率變化的，因此Bragg波長對于外界力、熱負(fù)荷等極為敏感。應(yīng)變和壓力影響B(tài)ragg波長是由于光柵周期的伸縮以及彈光效應(yīng)引起的，而溫度影響B(tài)ragg波長是由于熱膨脹效應(yīng)和熱光效應(yīng)引起的。當(dāng)外界的溫度、應(yīng)力和壓力等參量發(fā)生變化時，Bragg波長的變化可表示為ΔλB=2ΔneffΛ

+2neffΔΛ(8.3-2)

2023/7/305第5頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/306第6頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/307第7頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/308第8頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3.2

解調(diào)技術(shù)

2023/7/309第9頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3.3

封裝增敏和復(fù)用技術(shù)由于裸的光纖光柵直徑只有125μm，在惡劣的工程環(huán)境中容易損傷，只有對其進(jìn)行保護(hù)性的封裝（如埋入襯底材料中），才能賦于光纖光柵更穩(wěn)定的性能，延長其壽命傳感器才能交付使用。同時，通過設(shè)計(jì)封裝的結(jié)構(gòu)，選用不同的封裝材料，可以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，應(yīng)力和溫度的增敏等功能，這類“功能型封裝”的研究正逐漸受到重視。布拉格光纖光柵復(fù)用傳感技術(shù)具有減少昂貴的傳感元件、降低系統(tǒng)成本、節(jié)省能量和使用空間等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)布拉格光纖光柵受到應(yīng)力作用或環(huán)境溫度改變時，它的布拉格波長按照一定的規(guī)律發(fā)生漂移，也就是說布拉格光纖光柵傳感器是波長唯一編碼的。當(dāng)各個光柵光譜空間必須互不重疊時，我們可以方便地將波分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于FBG傳感系統(tǒng)中。因?yàn)椴ㄩL編碼是FBG的一個重要特征，所以波分復(fù)用在復(fù)用技術(shù)中占有重要地位，但在實(shí)際的傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，時分復(fù)