光纖光柵傳感系統(tǒng)--基本知識(shí)
光纖光柵傳感器是利用光纖材料的光敏性，通過(guò)紫外光曝光的方法將入射光相干場(chǎng)圖樣寫入纖芯，在纖芯內(nèi)產(chǎn)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(shí)質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的（透射或反射）濾波器或反射鏡。當(dāng)一束寬光譜光經(jīng)過(guò)光纖光柵時(shí)，滿足光纖光柵布拉格條件的波長(zhǎng)將產(chǎn)生反射，其余的波長(zhǎng)透過(guò)光纖光柵繼續(xù)傳輸,反射波長(zhǎng)和光柵周期的關(guān)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(cuò)光纖中觀察到了光子誘導(dǎo)光柵?，F(xiàn)在一般采用高強(qiáng)度紫外光源通過(guò)Phase Mask所形成的干涉條紋對(duì)光纖進(jìn)行側(cè)面橫向曝光以在該光纖芯中產(chǎn)生折射率從而調(diào)制或相位光柵。
當(dāng)光纖光柵受應(yīng)變和周圍的溫度發(fā)生變化時(shí)，將導(dǎo)致光柵周期Λ和有效纖芯折射率neff產(chǎn)生變化，從而產(chǎn)生光柵Bragg信號(hào)的波長(zhǎng)漂移B ，通過(guò)監(jiān)測(cè)Bragg波長(zhǎng)B 的變化情況，即可獲得測(cè)點(diǎn)上光纖光柵的應(yīng)變和周圍溫度的變化狀況。光纖光柵波長(zhǎng)漂移B與應(yīng)變和溫度變化的關(guān)系如下：
其中，一代表光纖的應(yīng)變效應(yīng)，第二項(xiàng)表示溫度對(duì)光纖的影響。在1550 nm波長(zhǎng)，典型的應(yīng)變敏感系數(shù)為;溫度敏感系數(shù)為。所以，光纖光柵Bragg波長(zhǎng)的變化與應(yīng)變或環(huán)境溫度的變化呈線性變化關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)光纖光柵Bragg波長(zhǎng)，就可以測(cè)得應(yīng)變或環(huán)境溫度。
在工程應(yīng)用中一般采用合適應(yīng)用的方法，用環(huán)氧樹(shù)脂膠進(jìn)行封裝，外加保護(hù)封裝進(jìn)行保護(hù)，從而形成光纖光柵光纖傳感器。
由于光纖光柵（FBG）只能對(duì)某個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行反射， 反射波長(zhǎng)的變化需要通過(guò)光纖光柵調(diào)解儀來(lái)測(cè)量，一般需要對(duì)多個(gè)光纖光柵傳感器進(jìn)行測(cè)量，也就是說(shuō)要進(jìn)行波分復(fù)用，將多個(gè)光纖光柵（FBG）的串接、 每個(gè)光纖光柵（FBG）對(duì)于一個(gè)中心波長(zhǎng)，在保證測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，各個(gè)光纖光柵（FBG)的波長(zhǎng)之間不重疊，這樣通過(guò)光纖光柵解調(diào)儀（FBG Interrogator）實(shí)現(xiàn)對(duì)不同光纖光柵傳感器的反射波長(zhǎng)的測(cè)量， 從而轉(zhuǎn)化成壓力或應(yīng)變的數(shù)據(jù)。
