光纖光柵感測技術簡介

2021-09-23 02:55:16 字數 973 閱讀 9095

一、 光纖光柵

光纖光柵是在1978 年由加拿大通訊研究中心的 k.hill 等人發明的。他是利用**(或光刻)技術在光纖上形成的折射率(或物理損傷)的週期性分布結構,稱為光纖光柵。

光纖光柵能夠把光纖中傳輸的某一特定波長光的反射,由於其反射波長滿足bragg衍射方程,所以把這種光柵稱為光纖bragg光柵(fiber bragg grating),英文縮寫fbg。

二、 光纖光柵感測原理

光纖光柵週期在幾百奈米數量級,當某一寬頻光源的光入射到光纖光柵中時,折射率分布的週期性結構導致某一特定波長光的反射,反射光的波長由bragg公式確定

1),式中,、和分別為光纖光柵的反射波長、有效折射率和週期。

當環境溫度和光纖光柵受到應變作用時,光纖光柵的反射波長發生改變,改變量由下式給出

2),式中, 為有效彈光係數,p 11和p 12為彈光係數,為纖芯材料的泊松比,為彈性體的熱膨脹係數,為光纖的熱光係數,為溫度改變量,為光纖的軸向應變。

如果光纖光柵不受應變作用時,(2)式變為

3),此時,光纖光柵可用作溫度感測器。

如果溫度和應變同時作用,由(2)式可得

4)。公式(4)表明:如果已知光纖光柵諧振波長的漂移量及其溫度的改變量,就可以計算出光纖光柵的應變,此時,光纖光柵可用作應變感測器。

三、 光纖光柵感測的優勢與特點

1. 光纖光柵器件整合在光纖內部,體積小、重量輕、無源無電、不怕灰塵,具有電磁訊號干擾的能力,不怕雷電,可在易燃易爆和強電磁干擾等惡劣環境使用;

2. 光纖光柵感測器採用光波長編碼,採用「波分復用」、「時分復用」和「空分復用」技術,容易組網,形成大規模光纖光柵感測網路,特別適合於大型結構工程、航空、航天等領域應用;

3. 光纖光柵感測器訊號可進行遠距離傳輸,距離可達幾十公里,適合用於大型結構工程遠距離實時**監測,尤其適合在無人區、無電區以及惡劣的環境進行長期監測;

4. 光纖與碳纖維材料相容,可嵌入到複合材料內部,對複合材料損傷進行識別。

2014-7-25

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