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技術(shù)文章

光纖光柵傳感技術(shù)簡(jiǎn)介

閱讀：1352發(fā)布時(shí)間：2015-10-21

　　光纖光柵
　　
　　光纖光柵是在1978年由加拿大通信研究中心的K.Hill等人發(fā)明的。他是利用曝光（或光刻）技術(shù)在光纖上形成的折射率（或物理?yè)p傷）的周期性分布結(jié)構(gòu)，稱為光纖光柵。光纖光柵能夠把光纖中傳輸?shù)哪骋惶囟úㄩL(zhǎng)光的反射，由于其反射波長(zhǎng)滿足Bragg衍射方程，所以把這種光柵稱為光纖Bragg光柵（fiberBragggrating），英文縮寫FBG。
　　
　　光纖光柵傳感原理
　　
　　光纖光柵周期在幾百納米數(shù)量級(jí)，當(dāng)某一寬帶光源的光入射到光纖光柵中時(shí)，折射率分布的周期性結(jié)構(gòu)導(dǎo)致某一特定波長(zhǎng)光的反射，反射光的波長(zhǎng)由Bragg公式確定
　　
　?。?），式中，、和分別為光纖光柵的反射波長(zhǎng)、有效折射率和周期。
　　
　　當(dāng)環(huán)境溫度和光纖光柵受到應(yīng)變作用時(shí)，光纖光柵的反射波長(zhǎng)發(fā)生改變，改變量由下式給出
　　
　?。?），式中,為有效彈光系數(shù),p11和p12為彈光系數(shù),為纖芯材料的泊松比，為彈性體的熱膨脹系數(shù)，為光纖的熱光系數(shù)，為溫度改變量，為光纖的軸向應(yīng)變。
　　
　　如果光纖光柵不受應(yīng)變作用時(shí)，（2）式變?yōu)?br />　　
　?。?），此時(shí)，光纖光柵可用作溫度傳感器。
　　
　　如果溫度和應(yīng)變同時(shí)作用，由（2）式可得
　　
　?。?）。
　　
　　公式（4）表明：如果已知光纖光柵諧振波長(zhǎng)的漂移量及其溫度的改變量，就可以計(jì)算出光纖光柵的應(yīng)變，此時(shí)，光纖光柵可用作應(yīng)變傳感器。
　　
　　光纖光柵傳感的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)
　　
　　光纖光柵器件集成在光纖內(nèi)部，體積小、重量輕、無(wú)源無(wú)電、不怕灰塵，具有電磁信號(hào)干擾的能力，不怕雷電，可在易燃易爆和強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境使用；
　　
　　光纖光柵傳感器采用光波長(zhǎng)編碼，采用“波分復(fù)用”、“時(shí)分復(fù)用”和“空分復(fù)用”技術(shù)，容易組網(wǎng)，形成大規(guī)模光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)，特別適合于大型結(jié)構(gòu)工程、航空、航天等領(lǐng)域應(yīng)用；
　　
　　光纖光柵傳感器信號(hào)可進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，距離可達(dá)幾十公里，適合用于大型結(jié)構(gòu)工程遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，尤其適合在無(wú)人區(qū)、無(wú)電區(qū)以及惡劣的環(huán)境進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；
　　
　　光纖與碳纖維材料兼容，可嵌入到復(fù)合材料內(nèi)部，對(duì)復(fù)合材料損傷進(jìn)行識(shí)別。

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