基本原理

光纖光柵是利用光纖材料的光敏性：即外界入射光子和纖芯相互作用而引起后者折射率的永久性變化，用紫外激光直接寫入法在單模光纖的纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，其實(shí)質(zhì)是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的濾光器或反射鏡。

常用的Bragg光纖光柵屬于反射型工作器件，當(dāng)光源發(fā)出的連續(xù)寬帶光（下圖中Ιi）通過傳輸光纖射入時(shí)，它與光場(chǎng)發(fā)生耦合作用，對(duì)該寬帶光有選擇地反射回相應(yīng)的一個(gè)窄帶光（下圖中Ιr），并沿原傳輸光纖返回；其余寬帶光（下圖中Ιt）則直接透射過去，在下一個(gè)具有不同中心波長(zhǎng)的光纖光柵處進(jìn)行反射，多個(gè)光纖光柵陣列形成光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)。

各光纖光柵反射光的中心波長(zhǎng)λ為：

（1）

式中n為纖芯的有效折射率；Λ為纖芯折射率的調(diào)制周期。目前，在結(jié)構(gòu)變形和溫度監(jiān)測(cè)中，普遍采用周期Λ＜1 μm的短周期光纖光柵傳感器，其反射波長(zhǎng)人稱為Bragg波長(zhǎng)。根據(jù)式（1），解調(diào)出反射光波長(zhǎng)即可以尋址到光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)傳感器。

反射回來的窄帶光的中心波長(zhǎng)隨著作用于光纖光柵的溫度和應(yīng)變成線性變化，中心波長(zhǎng)的變化量為：

（2）

式中ε為應(yīng)變量；Δt為溫度變化量。由式（2）可知，光纖光柵反射光中心波長(zhǎng)同時(shí)受溫度和應(yīng)變的影響，比較成熟的方法是采用同種溫度環(huán)境下的光纖光柵溫度補(bǔ)償傳感器進(jìn)行克服。

光纖光柵傳感器可以用于應(yīng)力、應(yīng)變或溫度等物理量的傳感測(cè)量，具有較高的靈敏度和測(cè)量范圍。在光纖若干個(gè)部位寫入不同柵距的光纖光柵，就可以同時(shí)測(cè)定若干部位相應(yīng)物理量及其變化，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式光纖傳感。

光纖光柵傳感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

1）抗電磁干擾，傳輸距離遠(yuǎn)。

2）多個(gè)不同類型的傳感器可以在一條光纖上串接復(fù)用，增加了系統(tǒng)容量。

3）以反射光的中心波長(zhǎng)表征被測(cè)量，系統(tǒng)安裝及長(zhǎng)期使用過程中無需定標(biāo)。

4）適合結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（SHM）系統(tǒng)中長(zhǎng)距離動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變信號(hào)（電壓信號(hào)微弱，易受干擾）的采集。

光纖光柵傳感技術(shù)的缺點(diǎn)在于：

1）光纖光柵直接反映應(yīng)變和溫度耦合的變化，在測(cè)量應(yīng)變時(shí)，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

2）光纖光柵較適用于測(cè)量基于應(yīng)變和溫度變化的靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)物理量（如應(yīng)變、應(yīng)力、溫度、位移、索力、壓力等），不適用于測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)（如振動(dòng)信號(hào)）和 濕度、風(fēng)速等信號(hào)。

3）光纖光柵傳感器和解調(diào)設(shè)備不便于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。為減少光纖信號(hào)損耗并避免空氣或灰塵進(jìn)入法蘭盤導(dǎo)致激光無法傳輸，一般使用光纖熔接的方式接聯(lián)傳感器，這樣不能滿足在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段經(jīng)常拆換傳感器的需要。

4）現(xiàn)有的解調(diào)設(shè)備往往由工控機(jī)構(gòu)成，工作溫濕度范圍、抗震及耐腐蝕性能受限，不耐惡劣環(huán)境。

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關(guān)于VISN-iFBG-S15光纖光柵解調(diào)儀

VISN-iFBG-S15是適合光纖布拉格光柵（FBG）光學(xué)傳感器的15通道光纖光柵解調(diào)儀。2Hz采樣頻率可以測(cè)量低速變化的溫度、應(yīng)變和壓力等物理參數(shù)。內(nèi)置大功率波長(zhǎng)掃描型激光器，每個(gè)光學(xué)通道具有80nm波長(zhǎng)范圍（1510nm~1590nm），波長(zhǎng)解調(diào)精度達(dá)1pm，可同時(shí)連接16個(gè)FBG傳感器（取決于傳感器波長(zhǎng)范圍）。解調(diào)儀支持GPS同步，便于采集站間同步，適用于橋梁、大壩、建筑物等長(zhǎng)期狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

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