光纤光栅传感器的发展展望

发布时间:2018-05-24  发布者:利坤电子

光纤传感器种类很多,它能够测量许多物理量。相对于机电类传感器,光纤光栅传感器具有一些明显的优势,包括抗电磁干扰、、体积小、灵活方便等。传统的光纤传感器绝大部分属于“光强型”或“干涉型”。对于光强型传感器,光源的不稳定、光纤的弯曲或连接损耗、探测器的老化等因素都会影响测量的准确性。对于干涉型传感器,其信息的读取是观察干涉条纹的变化,为清晰的条纹,通常要求两光路干涉光的光强相等,而且   有一个固定参考点,这给光纤传感器的应用带来了很多不便。
  以光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)为主的光纤光栅传感器,除了具有普通光纤传感器的优势之外,还有一些特别的优势,   主要的是传感信号为波长调制以及复用。其好处在于:测量信号不受光纤弯曲损耗、连接损耗、光源起伏和探测器老化等因素的影响;避免了干涉型光纤传感器相位测量模糊不清等问题;在一根光纤上串接多个布拉格光栅,把光纤嵌入(或粘于)被测结构,可同时几个测量目标的信息,并可实现准分布式测量。例如通过实时测量应力、温度、振动等传感信息,以同时进行建筑物健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测时,光纤光栅传感器是   理想的灵敏元件。
  某些类型的光纤光栅传感器已经商业化,虽然其在性能和功能方面需要不断提高,但可以说光纤光栅传感技术已开始向成熟阶段接近,目前对于光纤光栅传感的研究主要致力于实用和廉价解调系统的研究。
  利用紫外激光的干涉条纹在一个较小的长度范围内照射具有光敏性的光纤,可使该段光纤芯的折射率发生周期性的改变,从而形成光纤布拉格光栅。当宽带光源射入具有这种光栅的光纤时,光谱中以光栅的布拉格波长为中心的窄光谱在光栅处被反射,其他大部分将透射而沿原来方向传输。
  当光栅发生应变时,由于弹性变形光栅的周期将发生改变,并且由于光弹效应使纤芯的折射率变化,这将引起中心波长的改变,实验表明,光栅中心波长的改变与光栅应变成良好的线性关系。另外当光栅的温度改变时,热膨胀和热光效应会引起折射率改变。实验也同时表明,光栅中心波长的改变与光栅温度的改变成良好的线性关系。测定光栅的中心波长的改变量,即可计算应变和(或)温度。通过适当转换,这一现象就可以用来传感多种物理量和化学量等。下面分几个方面介绍利用这些原理进行传感测量应用的情况。
  除上述应用外,光纤光栅传感器还在其他了应用,并且在许多方面的性能都比传统的机电类传感器   稳定、   、   准确,总之,光纤光栅传感器的应用是一个方兴未艾的,有着非常广阔的发展前景。
  目前限制光纤光栅传感器应用的   主要障碍是传感信号的解调,正在研究的解调方法很多,但能够实际应用的解调产品并不多,而且价格较高,市场呼唤廉价、   解调产品的出现。其次,光纤光栅传感器应用中的其他问题也非常重要,如:(1)由于光源带宽有限,而应用中一般要求光栅的反射谱不能重叠,因此可复用光栅的数目受到限制;(2)如何实现在复合材料中同时测量多轴向的应变,以再现被测体的多轴向应变形貌;(3)如何实现大范围、、实时测量;(4)如何正确地分辨光栅波长变化是由温度变化引起的还是由应力产生的应变引起的等。地解决上述问题对于实现廉价、稳定、高分辨率、大测量范围、多光栅复用的传感系统具有重要意义,这些都有待发展。   、德国、加拿大、英国等都在致力于新型光纤光栅传感器及解调系统的研究,我国对光纤光栅传感器的研究相对晚一些,但已经有了较大发展,随着实用、廉价的波长解调技术进一步发展和完善,光纤光栅传感器必将在市场上开辟出一片新的天地。

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