FBG光學(xué)傳感��光纖布拉�光柵傳感�,是一種使用頻�,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個光強周期分布的光波下面。這樣光纖的光折射率就會根�(jù)其被照射的光波強度而改變。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��
光纖布拉格光柵會同時受到�(yīng)變和溫度變化的影�,所以在計算反射波長變化的時候既要同時考慮這兩種因素,又要分別對其進行分析。當進行溫度測量的時候,光纖布拉格光柵必須保持在完全不受�(yīng)變影響的條件�。你可以使用為此專門進行封裝的FBG溫度傳感�,這種傳感器能保證封裝�(nèi)部光纖布拉格光柵的屬性不會耦合于任何外部的彎曲,拉�,擠壓或扭曲�(yīng)�。在這種情況下,玻璃的熱膨脹系數(shù) αΛ 通常在實用中是可以忽略的;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,因為溫度和�(yīng)變會同時影響傳感器的反射波長。為了正確地進行的測量,在測試的時�,必須針對溫度對光纖布拉格光柵造成的影響進行補償。為了實�(xiàn)這種補償,可以使用一個與FBG�(yīng)變傳感器有良好熱接觸的FBG溫度傳感器來完成。得到測試結(jié)果以�,只需要簡單地從FBG�(yīng)變傳感器測得的波長改變中減去由FBG溫度傳感器測得的波長改變就可以從方程 (2) 中消去加號右邊的第二個表達式,這樣做就補償了應(yīng)變測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�,所以可以利用它來實�(xiàn)良好的波分復(fù)� (WDM) 技�(shù)。這個特性使得可以在一條長距離的獨立光纖上,以菊花鏈的形式連接多個不同的擁有特定布拉格波長的傳感�。波分復(fù)用技�(shù)在可用的光學(xué)廣譜中為每一個FBG傳感器分配了一個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性,就算在傳輸過程中由于光纖介質(zhì)的彎曲和傳輸造成了光強的損耗和衰減,傳感器測得的結(jié)果也仍然能夠保持準確�
每一個獨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獨的光纖上可以掛接的傳感器的�(shù)�。一般來�,因為應(yīng)變改變造成的波長改變會比溫度改變造成的波長改變更加明�,所以一般會為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�。又因為通常的波長探詢器能提供的測試范圍大概�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個到80個不��
一般的FBG傳感器會擁有幾個納米的工作波長范圍,所以光�(xué)探詢器必須能夠完成分辨率為幾個皮米甚至更小的測量 � 一個相當小的量級。探詢FBG光柵傳感器可以有幾種方法。干涉計是通常運用的實驗室�(shè)�,它可以提供相當高分辨率的光譜分�。但是,這些儀器一般來說非常昂�,體積龐大并且不夠堅�,所以在一些涉及各種結(jié)�(gòu)的現(xiàn)場監(jiān)測的�(yīng)用中,如風機葉片,橋�,水管以及大壩等�(huán)境的�(jiān)測中,這些儀器都不適��
一種更加堅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元,一般是指波長位置轉(zhuǎn)��
在這種方法�,會用一個廣譜的光源照射FBG傳感� (或者一系列FBG傳感�)。這些反射光束會通過一個分散性單�,分散性單元會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標準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,具有被動性電�(xué)特�,并且不受電磁感�(yīng)噪聲的影響。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測量。同時,與電氣傳感器系統(tǒng)不同,一個光�(xué)通道可以同時完成多個FBG傳感器的測試,極大地減小了測試系�(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)傳感器是一個非常理想的解決辦法。因為光�(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,所以從電氣測試方案過渡到光�(xué)測試方案會相對簡�。如果能�?qū)饫w和FBG的工作原理有一個比較好的了�,那將幫助你更好地接受光�(xué)測試技�(shù)并駕馭這種新技�(shù)所帶來的所有優(yōu)勀�
維庫電子�,電子知�,一查百��
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