什麼是光纖光柵感測器 光纖光柵感測器原理【圖文】

　　光纖光柵感測器屬於光纖感測器的一種，該光纖感測器主要是基於光纖光柵的感測過程是通過外界物理參量對光纖布拉格(Bragg)波長的調變來獲取感測資訊，是一種波長調變型光纖感測器。下面我們就光纖光柵感測器的原理及應用等方面來向大家作介紹。

　　由於光纖光柵與光纖之間天然的相容性，很容易將多個光纖光柵串聯在一根光纖上構成光纖光柵陣列，實現準分散式感測，加上光纖光柵具有普通光纖的許多優點外，且本身的感測訊號為波長調變，測量訊號不受光源起伏、光纖彎曲損耗不受光源功率波動和系統損耗影響的特點，因此光纖光柵在感測領域的應用引起了世界各國有關學者的廣泛關注和極大興趣。自從1989年Morey等人首先對光纖光柵的應變和溫度感測特性進行了研究後，光纖光柵感測器的應用領域不斷拓展，現在人們已將其逐步應用於多種物理量的測量，製成了各種感測器。　　

　　(一)光纖光柵感測器的分類:

　　這些感測器主要包括光纖光柵應變感測器、溫度感測器、位移感測器、壓力感測器等。

　　(1)光纖光柵應變感測器及其原理：此種感測器是在工程領域中應用最廣泛，技術最成熟的光纖感測器。應變直接影響光纖光柵的波長漂移，在工作環境較好或是待測結構要求精小感測器的情況下，人們將裸光纖光柵作為應變感測器直接貼上在待測結構的表面或者是埋設在結構的內部。由於光纖光柵比較脆弱，在惡劣工作環境中非常容易破壞，因而需要對其進行封裝後才能使用。目前常用的封裝方式主要有基片式、管式和基於管式的兩端夾持式。

　　(2)光纖光柵溫度感測器及其原理：溫度是國際單位制給出的基本物理量之一，是工農業生產和科學實驗中需要經常測量和控制的主要引數，同時也是與人們日常生活密切相關的一個重要物理量。目前，比較常用的電類溫度感測器主要是 熱電偶 溫度感測器和熱敏 電阻 溫度感測器。光纖溫度感測與傳統的感測器相比有很多優點，如靈敏度高，體積小，耐腐蝕，抗電磁輻射，光路可彎曲，便於遙測等。基於光纖光柵技術的溫度感測器，採用波長編碼技術，消除了光源功率波動及系統損耗的影響，適用於長期監測;而且多個光纖光柵組成的溫度感測系統，採用一根光纜，可實現準分散式測量。溫度也是直接影響光纖光柵波長變化的因素，人們常常直接將裸光纖光柵作為溫度感測器直接應用。同光纖光柵應變感測器一樣，光纖光柵溫度感測器也需要進行封裝，封裝技術的主要作用是保護和增敏，人們希望光纖光柵能夠具有較強的機械強度和較長的壽命，與此同時，還希望能在光纖感測中通過適當的封裝技術提高光纖光柵對溫度的響應靈敏度。普通的光纖光柵其溫度靈敏度只有0.010 nm/℃左右，這樣對於工作波長在1550nm的光纖光柵來說，測量100℃的溫度範圍波長變化僅為lnm。應用解析度為lpm的解碼儀進行解調可獲得很高的溫度解析度，而如果因為裝置的限制，採用解析度為0. 06nm的光譜分析儀進行測量，其解析度僅為6度，遠遠不能滿足實際測量的需要。目前常用的封裝方式有基片式、管式和聚合物封裝方式等。　　

　　(3)光纖光柵位移感測器及其原理：研究人員開展了應用光纖光柵進行位移測量的研究，目前這些研究都是通過測量懸臂樑表面的應變，然後通過計算求得懸臂樑垂直變形，即懸臂樑端部垂直位移。這種“位移感測器」不是真正意思上的位移感測器，目前這種感測器在實際工程已取得了應用，國內亦具有商品化產品。

　　(4)光纖光柵壓力感測器及其原理 對拉力或壓力的監測也是監測的一部分重要內容，如橋樑結構的拉索的整體索力、高緯度海洋平臺的冰壓力，以及道路的土壤壓力，水壓力等。哈工大歐進萍等人相繼開發出了光纖光柵拉索壓力環和光纖光柵冰壓力感測器，英國海軍研究中心開發了光纖光柵土壤壓力感測器，用以監測公路內部的荷載情況。並且各國相繼開始光纖光柵油氣井壓力感測器的研究工作。

　　除以上介紹的光纖光柵感測器外，光纖光柵研究人員和感測器設計人員基於光纖光柵的感測原理，還設計出光纖光柵伸長計，光纖光柵曲率計，光纖光柵 溼度計 ，以及光纖光柵傾角儀，光纖光柵連通管等。此外，人們還通過光纖光柵應變感測器製成用於測量公路運輸情況的運輸計、用於測量公路施工過程中瀝青應變的應變計等。　　

　　(二)光纖光柵感測器的特點

　　(1)抗電磁干擾:一般電磁輻射的頻率比光波低許多，所以在光纖中傳輸的光訊號不受電磁干擾的影響。

　　(2)電絕緣效能好，安全可靠:光纖本身是由電媒介構成的，而且無需電源驅動，因此適宜於在易燃易爆的油、氣、化工生產中使用。

　　(3)耐腐蝕，化學效能穩定:由於製作光纖的材料一石英具有極高的化學穩定性，因此光纖感測器適宜於在較惡劣環境中使用。

　　(4)體積小、重量輕，幾何形狀可塑。

　　(5)傳輸損耗小:可實現遠距離遙控監測。

　　(6)傳輸容量大:可實現多點分散式測量。

　　(7)測量範圍廣:可測量溫度、壓強、應變、應力、流量、流速、電流、 電壓、液位、液體濃度、成分等。

　　(三)光纖光柵感測器的應用 自從1989年美國的Morey等人首次進行光纖光柵的應變與溫度感測器研究以來，世界各國都對其十分關注並開展了廣泛的應用研究，在短短的10多年時間裡光纖光柵己成為感測領域發展最快的技術，並在很多領域取得了成功的應用，如航空航天、土木工程、複合材料、石油化工等領域。 光纖光柵感測器作為光纖感測器的一種，在感測器領域保持著良好的發展勢頭，通過以上關於光纖光柵感測器的說明，希望對大家工作學習有所幫助。