光纤光栅传感系统的现状及发展趋势.doc

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1、光纤光栅传感系统的现状及发展趋势自1978年，加拿大的Hill等人首次在掺错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面的研究变紂更为广泛和深入。光纤光栅传感器具有一般传感器抗电磁干扰、灵敏度高、尺寸小、重量轻、成本低,适于在高温、腐蚀性等环境中使用的优点外，还具有本征门相干能力强和在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参呈分布式区分测屋的独特优势。故光纤光栅传感器已成为当前传感器的研究热点。由光源

2、、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、提爲测晁精度、满足实时测暈等方而的前捉下，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要也是研究人员重点考虑的问题。本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，瑕后，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耍由宽带光源、光纤光栅传感器、信号解调等纽成。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

3、界被测量的信息,外界被测量的信息通过信号解调系统实时地反映岀来。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，由于传感竄是对波长编码，光源必须有较宽的带宽和较强的输HI功率与稳定性,以满足分布式传感系统中多点多参量测量的需要。光纤光:栅传感系统常用的光源的有LED,LD和掺杂不同浓度、不同种类的稀上离了的光源。LED光源有较宽的带宽，可达到儿十个纳米，何较高的可靠性，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、相干性强、功率高的特点。但LD光谱的稳定性差（4x10-4/-CX因此,这2种光源自身的缺点制约了它们

4、在光传感中的应用。掺杂不同种类、不同浓度的稀土离子的光源研究最广泛的是掺钾光源。现在C波段掺钾光源己经研制成功并使用,随着光通信中对通信容量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C+L波段的研制方案以提窩光源的带宽和功率。掺钳光源在温度稳定性方而比半导体光源提高2个数戢级，同时，能提供较高的功率、宽的带宽和较长的使用寿命，因此，可以扩大光纤光栅传感器的测虽范围，提高检测的信噪比。1.2光纤光栅传感器光纤光栅传感器可以实现对温度、应变等物理戢的査接测量。由丁•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

5、光纤光栅耦合波长移动，使得通过测量光纤光栅耦介波长移动无法对温度与应变加以区分。因此，解决交叉敬感问题，实现温度和应力的区分测呈是传感器实用化的前提。通过一定的技术來测進应力和温度变化來实现对温度和应力区分测量。这些技术的呈木原理都是利用两根或者两段具有不同温度和应变响应灵緻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。区分测竄技术大体可分为两类，即，多光纤光栅测量和单光纤光栅测最。多光纤光栅测量主要包括混合FBG/长周期光栅（longperiodgrating）法、双周期光纤光栅法

6、、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9x10-6,1,5#C.双周期光纤光栅法能保证测量位置,提高了测量箱度，但光栅强度低，信号解调闲难。光纤光栅/F-P腔集成复用法传感器温度稳定性好、体积小、测量稱度高，箱度可达20x10-6,TC，但F・P的腔长调节闲难，信号解调复杂。双FBG車盏写入法特度较高，但是，光栅写入怵］难，信号解调也比较复杂。单光纤光棚测量主要包括用不同聚合物材料封装单光纤光棚法、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棚法是利用某

7、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纽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放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放性不同实现区分测最。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、测鼠范围偏小等问题。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

8、能恢复，从而导致了这部分光纤光栅的中心