[文献]光纤光栅传感系统的现状及发展趋势(转)

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1、［讨论1光纤光栅传感系统的现状及发展趋势（转）白1978年，加拿人的Hill等人首次在掺铭石英光纤中发现光敏现象并采用驻波法制造出世界上第一根光纤光栅和1989年美国的Melt等人实现了光纤Bragg光栅（FBG）的UV激光侧而写入技术以來,光纤光栅的制造技术不断完善，人们对•光纤光栅在光传感方而的研究变得更为广泛和深入。光纤光栅传感器具有一般传感器抗电磁干扰、灵頌度高、尺寸•小、重量轻、成本低，适于在高温、腐蚀性等环境中使川的优点外，还具冇本征自相十能力强和在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参量分布式区分测量的独特优势。故

2、光纤光栅传感器己成为当前传感器的研究热点。由光源、光纤光栅传感器和信号解调系统为主构成的光纤光栅系统如何能够在降低成木、提高测量梢度、满足实时测量等方而的询捉下，使各部分达到最优匹配，满足光纤光栅传感系统在现代化各个领域实用化的需耍也是研究人员重点考虑的问题。木文对光纤光栅传感系统进行了介绍，对光纤光栅系统的宽带光源进行了说明，重点分析了光纤光栅传感器的传感原理及如何区分测量技术，对信号常用的信号解调方法进行了总结，最后，提出为适应未來的需要对系统各部分的优化措施。1光纤光栅传感系统光纤光栅传感系统主要由宽带光源、光纤光栅传感器、

3、信号解调等组成。宽带光源为系统提供光能最，光纤光栅传感器利用光源的光波感应外界被测最的信息，外界被测量的信息通过信号解调系统实吋地反映出来。1・1光源光源性能的好坏决定着整个系统所送光信号的好•坏。在光纤光栅传感中，由于传感量是对波长编码，光源必须冇较宽的带宽和较强的输出功率与稳定性，以满足分布式传感系统中多点多参最测最的需要。光纤光栅传感系统常用的光源的有LED,LD和掺杂不同浓度、不同种类的稀土离子的光源。LED光源有较宽的带宽，可达到儿十个纳米,有较高的可靠性,但光源的输出功率较低，且很难与单模光纤耦合。LD光源具有单色性好

4、、相干性强、功率高的特点。但LD光谱的稳定性差（4x10・4/°C）。因此，这2种光源口身的缺点制约了它们在光传感中的应用。掺杂不同种类、不同浓度的稀土离了的光源研究最广泛的是掺钳光源。现在C波段掺钳光源已经研制成功并使用，随着光通信屮对通信容最和速度的要求及分布式光纤传感密集布点对光源带宽要求，L波段的研究越來越重要。有研究者提出0L波段的研制方案以提高光源的带宽和功率。掺钳光源在温度稳左性方面比圭导体光源提高2个数量级，同时，能捉供较高的功率、宽的带宽和较长的使用寿命，因此可以扩人光纤光栅传感器的测量范围，提高检测的信噪比。1

5、.2光纤光栅传感器光纤光栅传感器可以实现对温度、应变筹物理量的直接测量。由于光纤光栅波长对温度与应变同时敏感，即温度与应变同吋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川化的前捉。通过一定的技术來测定应力和温度变化來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

6、量技术人体可分为两类，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FBQ长周期光栅（longperiodgrating）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。各种方法各冇优缺点。FBG/LPG法解调简单，但很难保证测量的是同一点，精度为9x10-6,1.5°Co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20x10-6,1°C,但F・P的腔长调节因难，信号解调复杂。双FBG

7、重叠写入法精度较高，但是，光栅写入因难，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Jffi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做度，克服交叉頌感效应。这种方法的制作简单，但选择聚合物材料因难。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小，但具有损耗大、熔

8、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，在预应变的情况卜•将光纤光栅的一部分牢固地粘贴在悬臂梁上。应力釋放后，耒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