如何选择fbg传感器的参数指标

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1、路科锐威(中国)科技有限公司www.tricombj.com如何选择FBG传感器的参数指标FBG传感器阵列的指标当设计传感器测量方法时，应该仔细考虑FBG的特征。一些指标是通用的，几乎针对所有应用；别外一些指标可能是为满足一些特殊应用而定制的。下面所指出的是主要针对应变和温度测量的，测量其他的参数像压力、位移或湿度需要特殊的要求。1．传感器波长传感器波长指的就是FBG反射谱中的尖峰的中心波长。这些峰值波长随着应变和温度的改1.0ολ=1553.05(25C)0.8oλ=1553.15(35C)0.6refectivity0.40.20.0153015321

2、534153615381540wavelength(nm)图3传感器波长变而改变。当温度升高或应变增大时，FBG传感器的峰值波长变长。图3：如果一个峰值波长1535.050nm的传感器从25°C加热到35°C，传感器的峰值波长将增加到1535.150nm（每°C变化10pm）。大多数FBG查询系统工作在50nm窗口范围内，从1520nm到1570nm。2．传感器带宽传感器带宽就是每个FBG反射峰所对应的带宽。理论上FBG的带宽越小测量精度越高，但从实际的制作工艺水平和可行的精度来看，最合理的值应该在0.2nm和0.3nm之间，通常取0.25，如图4所示。此

3、外一般的解调设备的峰值探测算法通常是在假设带宽为0.25nm和谱形为光滑的高斯型的基础上设计出来的，带宽过宽会降低波长测量的准确性。当然其他的带宽和峰型也是可行的，但对波长准确性可能会产生一定的影响。0.25nm03dB-10ityvtiflecre-20-30-401534153615381540wavelength(nm)图4FBG的带宽图4FBG的带宽3．反射率光纤光栅的反射率越高，返回到测量系统的光功率就越大，相应的测量距离就越长。而且反射率越高，带宽较窄，光栅越稳定。如果反射率越小，噪声对其的影响就越大，对于波长查询仪的工作要求就越高，影响测量精

4、度。为了获得最好的性能，推荐光栅反射率应该>90％。但是，单纯的强调高反射率的同时，也要同时考虑边模抑制。也可以说，反射率决定信号强度，边模抑制决定了信噪比。1.00.80.6reflectivity0.40.20.01534.51535.01535.51536.0wavelength(nm)图5光纤光栅的反射率4．边模抑制对一个两边有许多旁瓣的FBG传感器，FBG查询仪会错误的把某些旁瓣当作峰值。所以一个好的传感器谱图除了要具有一个光滑的峰顶外，光滑的两边也是非常重要的。控制边模，提高边模抑制比需要FBG的制造商有较高的工艺水平。但它同时也是决定FBG传

5、感性能较重要的一个参数，直接决定了信噪比。在FBG反射率大于90％的情况下，边模抑制比应高于15dB，高于20dB是更理想的。选用高质量的全息相位掩模板，切趾可以平滑传感器的光谱，消除两边的旁瓣，确保边模不会干扰峰值的探测。通常的切趾在短波长方向仍然会存在许多旁瓣，切趾补偿技术（使光栅的平均折射率波长一致）是一个已经被证明了的可行的方法，可以消除短波长方向的旁瓣，实现整个光谱上平滑。0-20-40-60reflectivity(dB)-80-100-12015351536153715381539wavelength(nm)图6未切趾0-20)B-40(dy

6、ittivec-60flre-80-100-12015351536153715381539wavelength(nm)图7高斯切趾（未切趾补偿）目前，光栅写入技术的进步和光学精细度的提高已可以制造出边模抑制比超过20dB的光纤光栅，完全满足了FBG传感器的要求。下图出示了一个经过高斯切趾后的光纤光栅的反射谱图，其中图6未切趾，图7未进行切趾补偿，图8进行了切趾补偿。0-20-40vity(dB)tic-60refle-80-100-12015351536153715381539wavelength(nm)图8高斯切趾（切趾补偿）5．传感器的长度传感光栅的长

7、度决定了测量点的精确程度，理论上光栅的长度越小，测量点越精确。而实际制作光栅时要综合光栅的各种参数，光栅越短，反射率越低，带宽越宽。很短的光栅，其反射率和带宽都很难达到要求，因此要在三者之间做一个中和。所以，对于0.25nm的带宽，推荐传感器光栅的物理长度应为10mm，这个长度适合于大多数应用。当然通过改变带宽，不同的长度也是可以满足一定的要求。6．传感器波长间隔传感器波长间隔就是两个FBG的中心波长的差。FBG传感器阵列包含了大量传感光栅，因此必须保证能“寻址”每一个光栅，即根据独立变化的中心波长确认每一个光栅。为此，要求每个通道内各个光栅的中心波长λ1

8、，λ2，⋯λn及其工作范围Δλ1，Δλ2，⋯Δλn，互不重迭，如图