传感技术中的光纤光栅传感器的研究与应用

近年来。随着光纤通信技术向着超高速、大容量通信系统的方向发展，以及逐步向全光网络的演进．在光通信迅猛发展的带动下，光纤光栅已成为发展最为迅速的光纤无光源器件之一。光纤在紫外光强激光照射下，利用光纤纤芯的光敏感特性．光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应的变化。这样，在光纤轴向上就会形成周期性的折射率波动，即为光纤光栅。由于光纤光栅具有高灵敏度、低损耗、易制作、性能稳定可靠、易与系统及其它光纤器件连接等优点，因而在光通信、光纤传感等领域得到了广泛应用。为此。本文从光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅等光纤光栅的原理出发，综述了光纤布拉格光栅对温度、应变同时测量技术的应用。 　　1 光纤传感器的工作原 传感技术中的光纤光栅传感器是近年来信息技术领域的一个重要研究焦点，尤其在光纤通信技术的快速发展背景下，光纤光栅成为无光源光纤器件的关键组成部分。光纤光栅的形成基于光纤的光敏感特性，通过紫外光强激光照射，使得光纤的折射率在轴向上形成周期性的波动。这种结构具有高灵敏度、低损耗、易于制造、稳定性强和便于与其他光纤器件集成等优势，因此在光通信和光纤传感中得到广泛应用。 光纤传感器的核心在于利用光的特性来感知环境变化。光纤布拉格光栅（FBG）是其中的一种，于1978年首次被发明。FBG是在光纤芯内部通过紫外光写入的周期性光栅，当被测物理量如温度、应力变化时，会改变光栅的有效折射率和周期，从而引起Bragg波长的漂移。通过监测这个波长变化，可以获取被测量的信息。例如，温度和应力的变化分别通过热胀系数和光压系数影响λB，进而通过检测λB的漂移来确定温度和应力的值。 长周期光纤光栅（LPG）是另一种光纤光栅传感器，其光栅周期远大于FBG，通常大于100微米。LPG的透射峰波长与光栅周期及纤芯和包层的折射率有关，当被测环境因素影响光纤传输特性时，LPG的透射谱线会发生变化，以此实现对环境变化的检测。 分布式光纤光栅传感系统则进一步拓展了光纤传感器的应用，通过在单根光纤上串联多个FBG传感器，每个光栅工作在不同的波长，利用3 dB耦合器取出反射信号并用波长探测解调系统同时监测多个光栅的波长偏移，实现对多个位置的被测量进行空间分布的监测。这种系统能够提供全面的物理量变化信息，时间和位置的监控能力使其在结构健康监测、地质灾害预警等领域有着广泛的应用前景。 总结来说，光纤光栅传感器利用光纤的光学性质，通过布拉格光栅和长周期光栅等结构，对温度、应变等多种物理量进行精确测量。随着技术的发展，分布式光纤光栅传感系统进一步增强了监测的全面性和实时性，使得光纤传感器在众多领域，如能源、交通、建筑和环境监测等，扮演着不可或缺的角色。