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光纤布拉格光栅理念原理与技术特征

导读: 光纤光栅传感器属于光纤传感器的一种,基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息,是一种波长调制型光纤传感器。

  利用硅光纤的紫外光敏性写入光纤芯内,从而在光纤上形成周期性的光栅,故称为光纤光栅。光纤光栅传感器属于光纤传感器的一种,基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息,是一种波长调制型光纤传感器。

  当今光纤光栅传感网络是集信号传感和传输双重作用于一体的网络结构形式,多个传感器需要按照一定的网络拓扑结构组合在一起,并通过同一个光电终端来控制和协调工作,从而实现多个传感信号的探测、识别和解调的功能。在此以光纤布拉格光栅传感器及其网络技术为典例作说明。

  应用光纤布拉格光栅传感器对与温度和应变相关的物理量进行测量是目前监控领域中先进的传感技术之一。

  目前,在结构变形和温度监测中,普遍采用周期

  光纤布拉格光栅传感器的结构是利用紫外激光在光纤纤芯上刻写一段光栅,当光源发出的连续宽带光Li通过传输光纤射入时,在光栅处有选择的反射回一个窄带光Lr,其余宽带光Lt继续透射过去,在下一个具有不同中心波长的光栅处进行反射,多个光栅阵列形成光纤布拉格光栅(FBG)传感网络。各FBG反射光的中心波长为,=2n,式中,n为纤芯的有效折射率;为纤芯折射率的调制周期。

  作用在FBG传感器结构上有入射光谱与反射光谱及透射光谱等3种光谱。而反射回来的窄带光的中心波长随着作用于光纤光栅的温度和应变成线性变化,中心波长的变化量为。

  对于光纤光栅反射中心波长(短周期光纤光栅)或透射中心波长(对长周期光纤光栅)与介质折射率有关,在温度、应变、压强、磁场等一些参数变化时,中心波长也会随之变化。通过光谱分析仪检测反射或透射中心波长的变化,就可以间接检测外界环境参数的变化,即其变化量与应变量及温度变化相关。

  基于FBG传感网络的分析仪可根据=2n,可以在反射光中寻址到每一个光栅传感器。根据变化量并利用参考光信息可以解调出被测量的温度和应变值。将FBG附着于材料性能和几何尺寸确定的机械结构上还可以制造基于应变的力传感器、位移传感器和振动传感器等。

  采用FBG作为温度和应变测量的敏感元件最显而易见的优势就是实现全光测量,监测现场可以没有电气设备,不受电磁干扰。另一个最主要的优势是被测量用波长这种绝对量编码,不易受外部因素干扰,因而稳定性和可靠性极好。FBG传感器可以经受几十万次循环应变而不劣化,测量应变可以精确到 。同时由于单路光纤上可以制作上百个光栅传感器,特别适合组建大范围测试网络,实现分布式测试。

  则光纤光栅传感网络是集信号传感和传输双重作用于一体的网络结构形式,多个传感器需要按照一定的网络拓扑结构组合在一起,并通过同一个光电终端来控制和协调工作,从而实现多个传感信号的探测、识别和解调的功能。

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