FBG光學(xué)傳感器

由于光纖布拉格光柵可以被植入不同的特定反射波長(zhǎng)，所以可以利用它來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的波分復(fù)用 (wdm) 技術(shù)。這個(gè)特性使得可以在一條長(zhǎng)距離的獨(dú)立光纖上，以菊花鏈的形式連接多個(gè)不同的擁有特定布拉格波長(zhǎng)的傳感器。波分復(fù)用技術(shù)在可用的光學(xué)廣譜中為每一個(gè)fbg傳感器分配了一個(gè)特定的波長(zhǎng)范圍供其使用。由于光纖布拉格光柵固有的波長(zhǎng)特性，就算在傳輸過(guò)程中由于光纖介質(zhì)的彎曲和傳輸造成了光強(qiáng)的損耗和衰減，傳感器測(cè)得的結(jié)果也仍然能夠保持準(zhǔn)確。 　每一個(gè)獨(dú)立的光纖布拉格光柵傳感器的工作波長(zhǎng)范圍和波長(zhǎng)探詢器可探詢的總波長(zhǎng)范圍決定了在一條單獨(dú)的光纖上可以掛接的傳感器的數(shù)量。一般來(lái)說(shuō)，因?yàn)閼?yīng)變改變?cè)斐傻牟ㄩL(zhǎng)改變會(huì)比溫度改變?cè)斐傻牟ㄩL(zhǎng)改變更加明顯，所以一般會(huì)為fbg應(yīng)變傳感器分配大概5納米的工作波長(zhǎng)范圍，而fbg溫度傳感器則分配大概1納米的工作波長(zhǎng)范圍。又因?yàn)橥ǔ５牟ㄩL(zhǎng)探詢器能提供的測(cè)試范圍大概為60到80納米，所以一條光纖上掛接的傳感器數(shù)量一般可以從1個(gè)到80個(gè)不等。

通過(guò)使用光波代替電流以及使用標(biāo)準(zhǔn)光纖代替銅線作為傳輸介質(zhì)，fbg光學(xué)傳感解決了許多使用電氣傳感需要面臨的挑戰(zhàn)和解決的困難。光纖和fbg光學(xué)傳感器都是絕緣體，具有被動(dòng)性電學(xué)特性，并且不受電磁感應(yīng)噪聲的影響。具有高光學(xué)功率可調(diào)激光源的探詢器可以以很低的數(shù)據(jù)丟失率甚至是零丟失來(lái)完成長(zhǎng)距離的測(cè)量。同時(shí)，與電氣傳感器系統(tǒng)不同，一個(gè)光學(xué)通道可以同時(shí)完成多個(gè)fbg傳感器的測(cè)試，極大地減小了測(cè)試系統(tǒng)的體積，重量以及復(fù)雜度。 　在一些外部環(huán)境條件惡劣的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)中，一些常用的電氣傳感器，例如箔應(yīng)變片，熱電偶，以及振弦式傳感器已經(jīng)很難使用甚至已經(jīng)失效的情況下，光學(xué)傳感器是一個(gè)非常理想的解決辦法。因?yàn)楣鈱W(xué)傳感器的用途以及安裝方法和這些傳統(tǒng)的電氣傳感器類似，所以從電氣測(cè)試方案過(guò)渡到光學(xué)測(cè)試方案會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。如果能夠?qū)饫w和fbg的工作原理有一個(gè)比較好的了解，那將幫助你更好地接受光學(xué)測(cè)試技術(shù)并駕馭這種新技術(shù)所帶來(lái)的所有優(yōu)勢(shì)。

光纖布拉格光柵會(huì)同時(shí)受到應(yīng)變和溫度變化的影響，所以在計(jì)算反射波長(zhǎng)變化的時(shí)候既要同時(shí)考慮這兩種因素，又要分別對(duì)其進(jìn)行分析。當(dāng)進(jìn)行溫度測(cè)量的時(shí)候，光纖布拉格光柵必須保持在完全不受應(yīng)變影響的條件下。你可以使用為此專門(mén)進(jìn)行封裝的fbg溫度傳感器，這種傳感器能保證封裝內(nèi)部光纖布拉格光柵的屬性不會(huì)耦合于任何外部的彎曲，拉伸，擠壓或扭曲應(yīng)變。在這種情況下，玻璃的熱膨脹系數(shù) αΛ 通常在實(shí)用中是可以忽略的；所以，因溫度變化而造成的反射波長(zhǎng)的改變就可以主要由該光纖的溫度光學(xué)靈敏系數(shù) αn 來(lái)決定了。 　光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器在某種程序上講就更加復(fù)雜了，因?yàn)闇囟群蛻?yīng)變會(huì)同時(shí)影響傳感器的反射波長(zhǎng)。為了正確地進(jìn)行的測(cè)量，在測(cè)試的時(shí)候，必須針對(duì)溫度對(duì)光纖布拉格光柵造成的影響進(jìn)行補(bǔ)償。為了實(shí)現(xiàn)這種補(bǔ)償，可以使用一個(gè)與fbg應(yīng)變傳感器有良好熱接觸的fbg溫度傳感器來(lái)完成。得到測(cè)試結(jié)果以后，只需要簡(jiǎn)單地從fbg應(yīng)變傳感器測(cè)得的波長(zhǎng)改變中減去由fbg溫度傳感器測(cè)得的波長(zhǎng)改變就可以從方程 (2) 中消去加號(hào)右邊的第二個(gè)表達(dá)式，這樣做就補(bǔ)償了應(yīng)變測(cè)試中溫度變化造成的影響了。 　安裝光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器的過(guò)程和安裝傳統(tǒng)的電氣應(yīng)變傳感器的過(guò)程類似，而且fbg應(yīng)變傳感器有許多種不同的種類和安裝方法可供選擇，包含環(huán)氧樹(shù)脂型，可焊接型， 螺栓固定型和嵌入式型。

一般的fbg傳感器會(huì)擁有幾個(gè)納米的工作波長(zhǎng)范圍，所以光學(xué)探詢器必須能夠完成分辨率為幾個(gè)皮米甚至更小的測(cè)量 – 一個(gè)相當(dāng)小的量級(jí)。探詢fbg光柵傳感器可以有幾種方法。干涉計(jì)是通常運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，它可以提供相當(dāng)高分辨率的光譜分析。但是，這些儀器一般來(lái)說(shuō)非常昂貴，體積龐大并且不夠堅(jiān)固，所以在一些涉及各種結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用中，如風(fēng)機(jī)葉片，橋梁，水管以及大壩等環(huán)境的監(jiān)測(cè)中，這些儀器都不適用。 　一種更加堅(jiān)固的方法是引入了電荷耦合器件 (charge-coupled device - ccd) 以及固定的分散性單元，一般是指波長(zhǎng)位置轉(zhuǎn)換。 　在這種方法中，會(huì)用一個(gè)廣譜的光源照射fbg傳感器 (或者一系列fbg傳感器)。這些反射光束會(huì)通過(guò)一個(gè)分散性單元，分散性單元會(huì)將波長(zhǎng)不同的反射光束分別分配到電荷耦合器件(ccd)表面不同的位置上去。

用 途: 光學(xué)傳感器廣泛應(yīng)用于航天、航空、國(guó)防科研、信息產(chǎn)業(yè)、機(jī)械、電力、能源、交通、冶金、石油、建筑、郵電、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)保等領(lǐng)域。

光學(xué)傳感器主要有：光學(xué)圖像傳感器、透射型光學(xué)傳感器、光學(xué)測(cè)量傳感器、光學(xué)鼠標(biāo)傳感器、反射型光學(xué)傳感器等。