FBG光學(xué)傳感��光纖布拉�光柵傳感�,是一種使用頻率,范圍最廣的光纖傳感�,這種傳感器能根據(jù)�(huán)境溫度以�/或者應(yīng)變的變化來改變其反射的光波的波長。光纖布拉格光柵是通過全息干涉法或者相位掩膜法來將一小段光敏感的光纖暴露在一�(gè)光強(qiáng)周期分布的光波下�。這樣光纖的光折射率就�(huì)根據(jù)其被照射的光波強(qiáng)度而改變。這種方法造成的光折射率的周期性變化就叫做光纖布拉格光��
光纖布拉格光柵會(huì)同時(shí)受到�(yīng)變和溫度變化的影�,所以在�(jì)算反射波長變化的�(shí)候既要同�(shí)考慮這兩種因�,又要分別對(duì)其�(jìn)行分�。當(dāng)�(jìn)行溫度測(cè)量的�(shí)�,光纖布拉格光柵必須保持在完全不受應(yīng)變影響的條件�。你可以使用為此專門�(jìn)行封裝的FBG溫度傳感器,這種傳感器能保證封裝�(nèi)部光纖布拉格光柵的屬性不�(huì)耦合于任何外部的彎曲,拉�,擠壓或扭曲�(yīng)�。在這種情況�,玻璃的熱膨脹系�(shù) αΛ 通常在實(shí)用中是可以忽略的;所�,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�(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。為了正確地�(jìn)行的�(cè)�,在�(cè)試的�(shí)候,必須針對(duì)溫度�(duì)光纖布拉格光柵造成的影響�(jìn)行補(bǔ)�。為了實(shí)�(xiàn)這種�(bǔ)�,可以使用一�(gè)與FBG�(yīng)變傳感器有良好熱接觸的FBG溫度傳感器來完成。得到測(cè)試結(jié)果以�,只需要簡單地從FBG�(yīng)變傳感器�(cè)得的波長改變中減去由FBG溫度傳感器測(cè)得的波長改變就可以從方程 (2) 中消去加�(hào)右邊的第二�(gè)表達(dá)�,這樣做就�(bǔ)償了�(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)變傳感器的過程和安裝傳統(tǒng)的電氣應(yīng)變傳感器的過程類�,而且FBG�(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�� 螺栓固定型和嵌入式型�
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)�(xiàn)良好的波分復(fù)� (WDM) 技�(shù)。這�(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�(gè)不同的擁有特定布拉格波長的傳感器。波分復(fù)用技�(shù)在可用的光學(xué)廣譜中為每一�(gè)FBG傳感器分配了一�(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�,就算在傳輸過程中由于光纖介�(zhì)的彎曲和傳輸造成了光�(qiáng)的損耗和衰減,傳感器�(cè)得的�(jié)果也仍然能夠保持�(zhǔn)��
每一�(gè)�(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�(dú)的光纖上可以掛接的傳感器的數(shù)�。一般來�,因?yàn)�?yīng)變改�?cè)斐傻牟ㄩL改變�(huì)比溫度改�?cè)斐傻牟ㄩL改變更加明顯,所以一般會(huì)為FBG�(yīng)變傳感器分配大概5納米的工作波長范�,而FBG溫度傳感器則分配大概1納米的工作波長范圍。又�?yàn)橥ǔ5牟ㄩL探詢器能提供的測(cè)試范圍大概為60�80納米,所以一條光纖上掛接的傳感器�(shù)量一般可以從1�(gè)�80�(gè)不等�
一般的FBG傳感器會(huì)擁有幾�(gè)納米的工作波長范�,所以光�(xué)探詢器必須能夠完成分辨率為幾�(gè)皮米甚至更小的測(cè)� � 一�(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�(yùn)用的�(shí)�(yàn)室設(shè)�,它可以提供相當(dāng)高分辨率的光譜分�。但是,這些儀器一般來說非常昂�,體積龐大并且不夠堅(jiān)�,所以在一些涉及各種結(jié)�(gòu)的現(xiàn)場監(jiān)�(cè)的應(yīng)用中,如�(fēng)�(jī)葉片,橋�,水管以及大壩等�(huán)境的�(jiān)�(cè)�,這些儀器都不適��
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�,一般是指波長位置轉(zhuǎn)��
在這種方法�,會(huì)用一�(gè)廣譜的光源照射FBG傳感� (或者一系列FBG傳感�)。這些反射光束�(huì)通過一�(gè)分散性單�,分散性單元會(huì)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��
通過使用光波代替電流以及使用�(biāo)�(zhǔn)光纖代替銅線作為傳輸介質(zhì),F(xiàn)BG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�(dòng)性電�(xué)特性,并且不受電磁感應(yīng)噪聲的影�。具有高光學(xué)功率可調(diào)激光源的探詢器可以以很低的�(shù)�(jù)丟失率甚至是零丟失來完成長距離的�(cè)量。同�(shí),與電氣傳感器系�(tǒng)不同,一�(gè)光學(xué)通道可以同時(shí)完成多�(gè)FBG傳感器的�(cè)�,極大地減小了測(cè)試系�(tǒng)的體�,重量以及復(fù)雜度�
在一些外部環(huán)境條件惡劣的�(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�(jīng)很難使用甚至已經(jīng)失效的情況下,光�(xué)傳感器是一�(gè)非常理想的解決辦�。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�(cè)試方案過渡到光學(xué)�(cè)試方案會(huì)相對(duì)簡單。如果能�?qū)饫w和FBG的工作原理有一�(gè)比較好的了解,那將幫助你更好地接受光�(xué)�(cè)試技�(shù)并駕馭這種新技�(shù)所帶來的所有優(yōu)�(shì)�
維庫電子�,電子知�(shí),一查百��
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