光纖光柵傳感系統(tǒng)--基本知識

光纖光柵傳感器是利用光纖材料的光敏性，通過紫外光曝光的方法將入射光相干場圖樣寫入纖芯，在纖芯內產生沿纖芯軸向的折射率周期性變化，從而形成固定性空間的相位光柵，其作用實質上是在纖芯內形成一個窄帶的（透射或反射）濾波器或反射鏡。當一束寬光譜光經過光纖光柵時，滿足光纖光柵布拉格條件的波長將產生反射，其余的波長透過光纖光柵繼續(xù)傳輸,反射波長和光柵周期的關系如下：

λ= 2 nΛ

其中n為光纖芯的折射率。Λ為光柵的周期。

圖1. 光纖光柵傳感系統(tǒng)的基本原理圖

1978年，加拿大通信研究中心的K．O．Hill及其合作者首先從接錯光纖中觀察到了光子誘導光柵?，F在一般采用高強度紫外光源通過Phase Mask所形成的干涉條紋對光纖進行側面橫向曝光以在該光纖芯中產生折射率從而調制或相位光柵。

當光纖光柵受應變和周圍的溫度發(fā)生變化時，將導致光柵周期Λ和有效纖芯折射率neff產生變化，從而產生光柵Bragg信號的波長漂移B ，通過監(jiān)測Bragg波長B 的變化情況，即可獲得測點上光纖光柵的應變和周圍溫度的變化狀況。光纖光柵波長漂移B與應變和溫度變化的關系如下：

其中，一代表光纖的應變效應，第二項表示溫度對光纖的影響。在1550 nm波長，典型的應變敏感系數為;溫度敏感系數為。所以，光纖光柵Bragg波長的變化與應變或環(huán)境溫度的變化呈線性變化關系，通過檢測光纖光柵Bragg波長，就可以測得應變或環(huán)境溫度。

在工程應用中一般采用合適應用的方法，用環(huán)氧樹脂膠進行封裝，外加保護封裝進行保護，從而形成光纖光柵光纖傳感器。

由于光纖光柵（FBG）只能對某個波長進行反射， 反射波長的變化需要通過光纖光柵調解儀來測量，一般需要對多個光纖光柵傳感器進行測量，也就是說要進行波分復用，將多個光纖光柵（FBG）的串接、 每個光纖光柵（FBG）對于一個中心波長，在保證測量的動態(tài)范圍內，各個光纖光柵（FBG)的波長之間不重疊，這樣通過光纖光柵解調儀（FBG Interrogator）實現對不同光纖光柵傳感器的反射波長的測量， 從而轉化成壓力或應變的數據。