數(shù)十年來(lái)，電子傳感器越來(lái)越普遍用于生活當(dāng)中，但同時(shí)也存在許多限制。為了克服信號(hào)傳輸過(guò)程中的損耗，以及消除由電磁干擾引起的噪聲影響，研發(fā)人員利用“光”作為介質(zhì)取代“電”，使用標(biāo)準(zhǔn)光纖替代銅線(xiàn)，研發(fā)出基于光纖布拉格光柵（FBG）的光學(xué)傳感技術(shù)。

 

　　FBG光纖傳感器概述

 

　　光纖布拉格光柵（FBG）傳感器是一種使用頻率最高，范圍最廣的光纖傳感器。這種傳感器會(huì)根據(jù)環(huán)境溫度以及應(yīng)變的變化來(lái)改變其反射的光波的波長(zhǎng)。光纖布拉格光柵是通過(guò)全息干涉法或者相位掩膜法來(lái)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。這樣的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(chēng)為布拉格波長(zhǎng)。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，而其他波長(zhǎng)的光波都會(huì)被傳播，

 

　　λb=2nΛ

 

　　在方程中，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(chēng)為光柵周期。

 

　　因?yàn)椴祭癫ㄩL(zhǎng)是光柵之間的間隔長(zhǎng)度的函數(shù)，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(lái)反射特定波長(zhǎng)的光波。

 

　　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)果就是光柵發(fā)射光波波長(zhǎng)的改變。光纖布拉格光柵反射波長(zhǎng)隨應(yīng)變和溫度的變化可近似表示為方程

 

　　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?alpha;Λ體現(xiàn)了同樣的溫度變化造成的光柵周期的改變。

 

　　FBG光纖傳感器的優(yōu)勢(shì)

 

　　通過(guò)“光”作為介質(zhì)取代“電”，使用標(biāo)準(zhǔn)光纖替代銅線(xiàn)，F(xiàn)BG光纖傳感器解決了許多電子傳感器的限制，同時(shí)不受電磁感應(yīng)噪聲的影響。并且測(cè)試的數(shù)據(jù)具有低丟失率甚至是零丟失率的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，多個(gè)光纖傳感器可以同時(shí)完成測(cè)試，極大地減小了測(cè)試系統(tǒng)的體積以及復(fù)雜度。