FBG光學(xué)傳感器探詢方法

由于光纖布拉格光柵可以被植入不同的特定反射波長，所以可以利用它來實(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)特定的波長范圍供其使用。由于光纖布拉格光柵固有的波長特性，就算在傳輸過程中由于光纖介質(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范圍和波長探詢器可探詢的總波長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。一般來說，因?yàn)閼?yīng)變改變造成的波長改變會比溫度改變造成的波長改變更加明顯，所以一般會為fbg應(yīng)變傳感器分配大概5納米的工作波長范圍，而fbg溫度傳感器則分配大概1納米的工作波長范圍。又因?yàn)橥ǔ５牟ㄩL探詢器能提供的測試范圍大概為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。

光纖布拉格光柵會同時(shí)受到應(yīng)變和溫度變化的影響，所以在計(jì)算反射波長變化的時(shí)候既要同時(shí)考慮這兩種因素，又要分別對其進(jìn)行分析。當(dāng)進(jìn)行溫度測量的時(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)變會同時(shí)影響傳感器的反射波長。為了正確地進(jìn)行的測量，在測試的時(shí)候，必須針對溫度對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溫度傳感器來完成。得到測試結(jié)果以后，只需要簡單地從fbg應(yīng)變傳感器測得的波長改變中減去由fbg溫度傳感器測得的波長改變就可以從方程 (2) 中消去加號右邊的第二個(gè)表達(dá)式，這樣做就補(bǔ)償了應(yīng)變測試中溫度變化造成的影響了。 　安裝光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器的過程和安裝傳統(tǒng)的電氣應(yīng)變傳感器的過程類似，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)氧樹脂型，可焊接型， 螺栓固定型和嵌入式型。

一般的fbg傳感器會擁有幾個(gè)納米的工作波長范圍，所以光學(xué)探詢器必須能夠完成分辨率為幾個(gè)皮米甚至更小的測量 – 一個(gè)相當(dāng)小的量級。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，這些儀器一般來說非常昂貴，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)場監(jiān)測的應(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，一般是指波長位置轉(zhuǎn)換。 　在這種方法中，會用一個(gè)廣譜的光源照射fbg傳感器 (或者一系列fbg傳感器)。這些反射光束會通過一個(gè)分散性單元，分散性單元會將波長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。

通過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完成長距離的測量。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傳感器的測試，極大地減小了測試系統(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，所以從電氣測試方案過渡到光學(xué)測試方案會相對簡單。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)測試技術(shù)并駕馭這種新技術(shù)所帶來的所有優(yōu)勢。

用 途: 光學(xué)傳感器廣泛應(yīng)用于航天、航空、國防科研、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)測量傳感器、光學(xué)鼠標(biāo)傳感器、反射型光學(xué)傳感器等。