光纤光栅传感器.docx

光纤光栅
光纤光栅是一种新型的光子器件，它是在光纤中建立起的一种空间周期性的折射率分布，可以改变和控制光在光纤中的传播行为。利用光纤材料的光敏性(外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用引起折射率的永久性变化)，在纤芯内形成空间相位光栅，作用实，测量精度越高。~，。
反射率：返回测量系统的光功率占原始光功率的百分比，决定信号强度。边模抑制：决定信噪比。

光纤光栅与光纤之间存在固有的兼容性，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，实现分布式传感。且具有抗腐蚀、抗电磁干扰、频带宽、重复性好、多只光栅时分、波分复用方便及波长编码方式不受光源功率波动和系统损耗影响等特点。波长编码保证了检测到的光频谱取决于光源和布拉格光栅的频谱，对电磁场以及布什加在光栅上的应力、温度等都不敏感。
光纤光栅传感器使用于特殊结构的传感网络，如水坝寿命监测、桥梁缺陷监测、大型运输载体的复合材料在不破坏材料性质基础上对多种物理量的多点分布测量等。

如何检测传感光栅布拉格波长的微小偏移，是光纤光栅传感器实用化面临的关键技术。为此，人们提出了许多检测方案，大致可分为光谱分析法、可调谐光纤光栅滤波器法、可调谐光源检测法、可调谐法布里-珀罗滤波器法等。
(1)光谱分析法光谱分析法是最基本的波长解调的方法，实验室通常都用这种方法来检测光纤光栅的波长偏移。可以用反射式，如图2-2(a)所示，也可以用透射式，如图2-2(b)所示。这种方法结构简单，但通常适用于实验室使用传统的以色散棱镜或衍射光栅为基础的光谱仪测量波长变化，是一种最基本的方法。这种方法有很大的局限性，一是精度低，不能很好的满足一般测量要求；二是仪器体积大，不适于现场应用；三是价格高。另外，光谱分析仪还不能直接输出对应波长变化的电信号输出，这种方法通常无法满足工程应用的要求。
(2)可调谐光纤光栅滤波器法可调谐光纤光栅滤波器法也称为匹配光纤光栅滤波器法。这种方法需要借助于另外的光纤光栅(称为参考光纤光栅)，在驱动元件的作用下使用参考光纤光栅的谐振波长跟踪传感光纤光栅的谐振波长的变化，通过测量驱动元件的驱动信号来获得作用于传感光栅的物理量。可调谐光纤光栅滤波器法结构有两种，一种是透射式，一种是反射式，如图2-3和图2-4所示，光纤布拉格光栅1和光纤布拉格光栅2是两个(可以串接更多个)传感光纤光栅，其反射波长可以随温度或应变而发生变化，用以反映被测量的变化。
宽带光源的波长分布覆盖光栅反射波长变化的范围。耦合器为3dB耦合器。光纤布拉格光栅0是一个可调谐的参考光纤光栅，它固定在压电陶瓷（PZT）上，压电陶瓷由线性电压驱动，从而可以对参考光纤光栅（光纤布拉格光栅0）的谐振波长进行调谐，其波长
的变化范围能够覆盖传感光纤光栅的波长变化区间，也可以通过其他方法（如悬臂梁）来实现调谐。参考光纤光栅（光纤布拉格光栅0）的电压和波长关系已通过标定，有确定的关系。在透射式结构中，当参考光纤光栅的反射波长和某一个传感光纤光栅的反射波长匹配时，光电探测器探测到的光强出现最小值，从而可以测量出传感光纤光栅的反射波长，进而可以计算出光纤光栅的应变或所处环境的温度变化。在反射式结构中，当参考光