光纤光栅报告.doc

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1、浅谈光纤光栅传感器一、光纤光栅传感器发展现状1、光纤光栅传感器概念光纤光栅传感器（FiberBraggGratingSensor）属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格（Bragg）波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。　　由于光纤光栅与光纤之间天然的兼容性，很容易将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列，实现准分布式传感，加上光纤光栅具有普通光纤的许多优点外，且本身的传感信号为波长调制，测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗不受光源功率波动和系统损耗影响的特点

2、，因此光纤光栅在传感领域的应用引起了世界各国有关学者的广泛关注和极大兴趣。自从1989年Morey等人首先对光纤光栅的应变和温度传感特性进行了研究后，光纤光栅传感器的应用领域不断拓展，现在人们已将其逐步应用于多种物理量的测量，制成了各种传感器。光纤光栅是近几年发展最为迅速的新一代光无源器件，在光纤通信和光纤传感等相关领域发挥着愈来愈重要的作用。以光纤光栅为传感基元研制的新型传感器，其感测过程可通过外界参量对光纤光栅中心波长或带宽的调制来实现，波长调制(或波长编码)代表着新一代光传感器的发展方向。光纤光栅因具有制作简

3、单、稳定性好、体积小、抗电磁干扰、使用灵活、易于同光纤集成及可构成网络等诸多优点，近年来被广泛应用于光传感领域。2、光纤传感器发展现状近20年来，世界范围内用于光纤通信和光纤传感器的资金正在不断增长。与传统传感器相比，光纤传感器有一些独特的优点。它可以在强电磁干扰、高温高压、原子辐射、易爆、化学腐蚀等恶劣条件下使用，高灵敏度及低损耗的优点使其用途广泛，例如能够组成空间分布列阵及网络，应用于人体医学、城建监控、环境监测等方面。科学家已经提出了百种测量对象的几百种光纤传感器，同时指出了乐观的市场前景。20世纪末，只有少

4、数光纤传感器在市场上出现，其原因主要是技术不够成熟、可靠性不高。另外，由于早期的光纤传感器是小批量生产，相对产品的价格就比较高。近些年来，医学方面已经有很多种光纤传感器用于人体血液及血压的测量，其中大部分是在美国，其他的例如胆红素、PH值、尿素、辐射等医学测量光纤传感器正在临床测试阶段，部分已经商品化。光纤传感器课应用于小型侵入诊断，如光纤内诊镜和小型外科手术。除了长度调制的位移光纤传感器，工业制动化近程传感器和干涉陀螺仪也是目前光纤传感器市场中比较重要的一类，它应用于航天瀚海、机器人工业、自控汽车、深度钻探、发动

5、机及军事方面。另一个例子是光纤测温度技术。在晶体材料中，不同的温度会引起荧光延迟时间不同。基于这一原理制作的分点探测传感器广泛应用于工业与医药。把蓝宝石传感器作为黑体，可以探测飞机引擎、气体涡轮机种2000℃的高温，同时具有高精度、宽动态范围的优点。基于拉曼散射、光学背向散射技术的光纤传感器系统，解决了在一根光纤中从1m到10km范围内温度分布测量的问题。这种分布式传感器正应用于输油管、隧道、邮箱、钻孔、地下气体储藏等大型机构的温度检测。如今，更多的光纤传感器在不断地商业化，比如压力应力传感器、液体流量传感器、电流

6、电压传感器、化学传感器、湿度传感器等。目前，世界上有数百家企业从事生产各类光纤传感器。1、光纤光栅的主要优点光纤光栅传感器的主要优点有:1.全光纤无源器件,抗电磁干扰,可用于一些恶劣环境的测量;2.与光纤兼容,传输损耗低,容易实现对被测信号的远距离检测;3.为波长检测器件,感应光信号与传输线路损耗无关;4.灵敏度高,长期稳定性好;5.耐腐蚀,可靠性高;6.反应灵敏,可实时测量;7.可级联使用,作分布测量。二、光纤光栅传感器原理光栅是一种具有周期性结构的光学器件(周期数目N,间距L)。他的主要功能是将同一光源发出的光

7、束分成N路。这N路光将经过不同的光程最后相遇，产生干涉。比较两束光发生干涉，N路光的干涉将使干涉极大更加锐利，也就是集中在一个更加窄的波长范围内。其强大也更大。N和L将决定干涉极大的位置与强度。光纤光栅（FBG）传感器很明显，如果有效折射率和光栅周期间距得到改变，反射的光波中心波长将出现偏移，从而可以观察到Δλ。而事实上，如果一个应力施加到光纤轴向，或者温度发生改变(热光效应与热膨胀)，有效折射率和光栅周期间距都会发生变化，从而光纤光栅可以作为探测物理量变化的工具，实现传感。光纤光栅一个很重要的特点就是可以利用波分

8、复用技术将多个光纤光栅集成到单根光纤中，目前的技术可以实现30个节点在同一光纤如果只用C波段进行传输。Δλ的测量是光纤光栅传感器中最具挑战性的课题。因为光纤光栅只会把一个相当窄波长范围的光进行反射(布拉格波长附近)，自然的，对应的强度会相当微弱，检测起来也很困难。特别的，光纤光栅传感器通常是集成到一个网络中进行测量，同一根光纤中会有多个布拉格波长不同的光栅，