光纤光栅传感器，光纤传感器设计

本文目录一览

1，光纤传感器设计
2，光纤光栅传感器的特点
3，光纤光栅传感器怎么测应变
4，光纤光栅的作用与原理
5，光纤光栅传感器的简介
6，光纤光栅传感器

1，光纤传感器设计

光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化，成为被调制的信号源，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。

光纤光栅传感器是利用光纤光栅的形变导致的光波波长位移来测应力应变温度等等，光纤传感器是利用光波被外界环境调制引起参数变化，比如光强、波长、频率、相位等，光纤光栅传感器应该是光纤传感器中的一种。

光纤传感器设计

2，光纤光栅传感器的特点

(1)抗电磁干扰:一般电磁辐射的频率比光波低许多，所以在光纤中传输的光信号不受电磁干扰的影响。(2)电绝缘性能好，安全可靠:光纤本身是由电介质构成的，而且无需电源驱动，因此适宜于在易燃易爆的油、气、化工生产中使用。(3)耐腐蚀，化学性能稳定:由于制作光纤的材料一石英具有极高的化学稳定性，因此光纤传感器适宜于在较恶劣环境中使用。(4)体积小、重量轻，几何形状可塑。(5)传输损耗小:可实现远距离遥控监测。(6)传输容量大:可实现多点分布式测量。(7)测量范围广:可测量温度、压强、应变、应力、流量、流速、电流、电压、液位、液体浓度、成分等。

光纤光栅传感器的特点

3，光纤光栅传感器怎么测应变

光有传感器不行吧，还要有解调仪、熔接机等等。布拉格光栅是利用物体变形引起贴（焊）在上面的光栅传感器波长变化来测应变的，有现成的光纤光栅应变片。如果你只是一根裸光栅的话直接把光栅用502贴在被测物的表面就行了，还要有个做为温度传感器用，贴在不受力的同等材料上，来补偿掉温度变化引起的应变。现成的传感器有的是自补偿的，不需要温度补偿。

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（Bragg）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。由于光纤光栅与光纤之间天然的兼容性，很容易将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列，实现准分布式传感，加上光纤光栅具有普通光纤的许多优点外，且本身的传感信号为波长调制，测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗不受光源功率波动和系统损耗影响的特点

光纤光栅传感器怎么测应变

4，光纤光栅的作用与原理

光栅是指用特殊加工手段（如激光雕刻）对光纤进行加工后使其只能反射一段特定波长（如1392nm）的光纤，其它波长的光任然可以通过。作用主要应用在光栅传感器上，原理是：当光纤光栅周围的环境（如温度、应力）等发生变化时，通过此光栅反射的特定波长随之发生改变，仪器检测到这种改变后依据实验数据模型解调出有用的信息。延伸阅读：参见布拉格光栅、瑞丽散射、拉曼光纤等光纤的相关知识。

当布拉格光栅被写入到光纤中后，应变或温度的改变可以使光栅折射率改变，影响某一带宽内的反射波长发生变化，通过解调仪处理器的检测与转换，把光谱信息变为可视的应变或温度信息。这个作用就被制作成为光纤光栅传感器。其主要原理就是光在光纤内的传播特性，光纤光栅就是良好的提炼了某一些特性。

光纤光栅传感器的核心就是不同封装形式的布拉格光纤光栅。FBG（布拉格光纤光栅）会随着外部变化（比如应变或温度）而变化，经过此光纤光栅的反射中心波长就会随之改变，通过光纤光栅解调仪的调制，可以把这种光谱的变化转化为实际的应变或温度测量值。详细资料可以参考Smart Fibres公司的传感器和解调仪产品

光纤光栅是利用光纤的光敏性在紫外光照射下产生光致折射率变化，在纤芯上形成周期性的折射率分布，从而可以对入射光中相位匹配的频率产生相干反射，形成中心反射峰。根据耦合模理论，宽带光在光纤bragg光栅中传输时，会产生模式耦合，由光纤光栅的布拉格方程可知其中心波长λb可表示为[13-14]：（1）式中，λb为fbg的中心波长，也就是反射波的波长；λ为光栅周期；neff为纤芯的有效折射率。希望有帮助啊

5，光纤光栅传感器的简介

光纤光栅传感器可以实现对温度、应变等物理量的直接测量。由于光纤光栅波长对温度与应变同时敏感，即温度与应变同时引起光纤光栅耦合波长移动，使得通过测量光纤光栅耦合波长移动无法对温度与应变加以区分。因此，解决交叉敏感问题，实现温度和应力的区分测量是传感器实用化的前提。通过一定的技术来测定应力和温度变化来实现对温度和应力区分测量。这些技术的基本原理都是利用两根或者两段具有不同温度和应变响应灵敏度的光纤光栅构成双光栅温度与应变传感器，通过确定2个光纤光栅的温度与应变响应灵敏度系数，利用2个二元一次方程解出温度与应变。区分测量技术大体可分为两类，即，多光纤光栅测量和单光纤光栅测量。多光纤光栅测量主要包括混合FBG/长周期光栅（long period grating）法、双周期光纤光栅法、光纤光栅/F-P腔集成复用法、双FBG重叠写入法。各种方法各有优缺点。FBG/LPG法解调简单，但很难保证测量的是同一点，精度为9×10-6，1.5℃。双周期光纤光栅法能保证测量位置，提高了测量精度，但光栅强度低，信号解调困难。光纤光栅/F-P腔集成复用法传感器温度稳定性好、体积小、测量精度高，精度可达20×10-6，1℃，但F-P的腔长调节困难，信号解调复杂。双FBG重叠写入法精度较高，但是，光栅写入困难，信号解调也比较复杂。单光纤光栅测量主要包括用不同聚合物材料封装单光纤光栅法、利用不同的FBG组合和预制应变法等。用聚合物材料封装单光纤光栅法是利用某些有机物对温度和应力的响应不同增加光纤光栅对温度或应力灵敏度，克服交叉敏感效应。这种方法的制作简单，但选择聚合物材料困难。利用不同的FBG组合法是把光栅写于不同折射率和温度敏感性或不同温度响应灵敏度和掺杂材料浓度的2种光纤的连接处，利用不同的折射率和温度灵敏性不同实现区分测量。这种方法解调简单，且解调为波长编码避免了应力集中，但具有损耗大、熔接处易断裂、测量范围偏小等问题。预制应变法是首先给光纤光栅施加一定的预应变，在预应变的情况下将光纤光栅的一部分牢固地粘贴在悬臂梁上。应力释放后，未粘贴部分的光纤光栅形变恢复，其中心反射波长不变；而粘贴在悬臂梁上的部分形变不能恢复，从而导致了这部分光纤光栅的中心反射波长改变，因此，这个光纤光栅有2个反射峰，一个反射峰（粘贴在悬臂梁上的部分）对应变和温度都敏感；另一个反射峰（未粘贴部分）只对温度敏感，通过测量这2个反射峰的波长漂移可以同时测量温度和应变。

6，光纤光栅传感器

TGW光纤光栅感温火灾报警系统的原理光纤光栅是TGW光纤光栅感温火灾报警系统中的核心部件之一，它是利用光纤芯层材料的光敏特性，通过紫外准分子激光器采用掩模曝光的方法使一段光纤约8mm光纤纤芯的折射率发生永久性改变，折射率的改变呈周期性分布，形成布喇格光栅结构，如图1所示。图1 光纤光栅原理示意图光纤芯层原来的折射率为n2，被紫外光照射过的部分的折射率变为n2，折射率的分布周期d就是光纤光栅的栅距；当宽带光通过光纤光栅时，满足布喇格条件的波长被光栅反射回来，其余波长的光透射，反射光波长随光栅栅距d的改变而改变。由于光栅栅距d对环境温度非常敏感，因此，通过检测反射波长的变化可以计算出环境温度的改变量。反射光波长的改变量通过信号处理器来检测，它是TGW系统中的另外一个核心部件。TGW系统中的信号处理器采用可调法布里－珀罗腔技术进行波长检测。当信号处理器检测到光纤光栅的反射波长出现异常，它会发送报警信号给火灾报警控制器，火灾报警控制器再发出采取措施的信号，如图2所示。图2 火灾报警信号传输示意图在传统的光纤光栅系统中，如图3（a）所示，由于光栅的反射光具有一定带宽（其3 dB带宽一般为0.2 nm），而光纤光栅的复用方式为波分复用，因此，在光源带宽的限制下，传感器探头的复用数量非常有限，一般只有15-30个左右，不能满足隧道的应用需求。图3（a）传统复用方法示意图图3（b）混合复用方法示意图武汉理工光科股份有限公司的TGW光纤光栅感温火灾报警系统将传统波分复用技术和全同光纤光栅复用技术结合，使用波分复用与全同光纤光栅混合复用方法，解决了隧道火灾报警的难题。隧道的火灾监测和报警系统中，按照国家相关规范，要进行防火分区的划分，一般50-100米为一个防火分区，这个区域某个监测点处发生火灾，整个区域的火警系统必须启动。波分复用与全同光纤光栅混合复用的方法如图3（b）所示，系统将隧道分为多个防火分区，不同防火分区以全同光栅的波长?1,?2…?n进行区分，每个区域的长度为50－100米。?1,?2…?n中每一个波长对应的防火分区内有许多监测点，同一防火分区的所有监测点采用全同光栅，通常100米的监测区布设10～15个监测点，这些监测点上的光纤光栅的反射波长都等于该区域的对应波长。如果系统检测到?i波长产生了移动，就表明它所监测的防火分区的温度发生了变化，若温度变化超过了设定值，系统就会报警。通过这种混合复用的方法，大大增加了系统的测量距离和测量点数，使之能够应用到长距离的隧道工程中去。

光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输,反射波长和光栅周期的关系如下：λ= 2 nΛ 其中n为光纤芯的折射率。Λ为光栅的周期。图1. 光纤光栅传感系统的基本原理图 1978年，加拿大通信研究中心的K．O．Hill及其合作者首次从接错光纤中观察到了光子诱导光栅。现在一般采用高强度紫外光源通过Phase Mask所形成的干涉条纹对光纤进行侧面横向曝光以在该光纤芯中产生折射率从而调制或相位光栅。当光纤光栅受应变和周围的温度发生变化时，将导致光栅周期Λ和有效纤芯折射率neff产生变化，从而产生光栅Bragg信号的波长漂移B ，通过监测Bragg波长B 的变化情况，即可获得测点上光纤光栅的应变和周围温度的变化状况。光纤光栅波长漂移B与应变和温度变化的关系如下：其中，第一项代表光纤的应变效应，第二项表示温度对光纤的影响。在1550 nm波长，典型的应变敏感系数为;温度敏感系数为。所以，光纤光栅Bragg波长的变化与应变或环境温度的变化呈线性变化关系，通过检测光纤光栅Bragg波长，就可以测得应变或环境温度。在工程应用中一般采用合适应用的方法，用环氧树脂胶进行封装，外加保护封装进行保护，从而形成光纤光栅光纤传感器。由于光纤光栅（FBG）只能对某个波长进行反射，反射波长的变化需要通过光纤光栅解调仪来测量，一般需要对多个光纤光栅传感器进行测量，也就是说要进行波分复用，将多个光纤光栅（FBG）的串接、每个光纤光栅（FBG）对于一个中心波长，在保证测量的动态范围内，各个光纤光栅（FBG)的波长之间不重叠，这样通过光纤光栅解调仪（FBG Interrogator）实现对不同光纤光栅传感器的反射波长的测量，从而转化成压力或应变的数据。来自于杭州珏光科技