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光纖光柵傳感器的發展展望

發布時間:2018-05-24  發布者:利坤電子

光纖傳感器種類很多,它能夠測量許多物理量。相對于機電類傳感器,光纖光柵傳感器具有一些明顯的優勢,包括抗電磁干擾、、體積小、靈活方便等。傳統的光纖傳感器絕大部分屬于“光強型”或“干涉型”。對于光強型傳感器,光源的不穩定、光纖的彎曲或連接損耗、探測器的老化等因素都會影響測量的準確性。對于干涉型傳感器,其信息的讀取是觀察干涉條紋的變化,為清晰的條紋,通常要求兩光路干涉光的光強相等,而且   有一個固定參考點,這給光纖傳感器的應用帶來了很多不便。
  以光纖布拉格光柵(fiber Bragg grating,FBG)為主的光纖光柵傳感器,除了具有普通光纖傳感器的優勢之外,還有一些特別的優勢,   主要的是傳感信號為波長調制以及復用。其好處在于:測量信號不受光纖彎曲損耗、連接損耗、光源起伏和探測器老化等因素的影響;避免了干涉型光纖傳感器相位測量模糊不清等問題;在一根光纖上串接多個布拉格光柵,把光纖嵌入(或粘于)被測結構,可同時幾個測量目標的信息,并可實現準分布式測量。例如通過實時測量應力、溫度、振動等傳感信息,以同時進行建筑物健康檢測、沖擊檢測、形狀控制和振動阻尼檢測時,光纖光柵傳感器是   理想的靈敏元件。
  某些類型的光纖光柵傳感器已經商業化,雖然其在性能和功能方面需要不斷提高,但可以說光纖光柵傳感技術已開始向成熟階段接近,目前對于光纖光柵傳感的研究主要致力于實用和廉價解調系統的研究。
  利用紫外激光的干涉條紋在一個較小的長度范圍內照射具有光敏性的光纖,可使該段光纖芯的折射率發生周期性的改變,從而形成光纖布拉格光柵。當寬帶光源射入具有這種光柵的光纖時,光譜中以光柵的布拉格波長為中心的窄光譜在光柵處被反射,其他大部分將透射而沿原來方向傳輸。
  當光柵發生應變時,由于彈性變形光柵的周期將發生改變,并且由于光彈效應使纖芯的折射率變化,這將引起中心波長的改變,實驗表明,光柵中心波長的改變與光柵應變成良好的線性關系。另外當光柵的溫度改變時,熱膨脹和熱光效應會引起折射率改變。實驗也同時表明,光柵中心波長的改變與光柵溫度的改變成良好的線性關系。測定光柵的中心波長的改變量,即可計算應變和(或)溫度。通過適當轉換,這一現象就可以用來傳感多種物理量和化學量等。下面分幾個方面介紹利用這些原理進行傳感測量應用的情況。
  除上述應用外,光纖光柵傳感器還在其他了應用,并且在許多方面的性能都比傳統的機電類傳感器   穩定、   、   準確,總之,光纖光柵傳感器的應用是一個方興未艾的,有著非常廣闊的發展前景。
  目前(qian)限制光(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)應(ying)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)   主(zhu)要障礙是傳(chuan)(chuan)感(gan)信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)解(jie)(jie)調(diao),正(zheng)(zheng)在(zai)研究(jiu)的(de)(de)(de)解(jie)(jie)調(diao)方法很多,但能夠實際應(ying)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)解(jie)(jie)調(diao)產品并(bing)不多,而且(qie)價(jia)格較(jiao)高,市(shi)場呼喚(huan)廉價(jia)、   解(jie)(jie)調(diao)產品的(de)(de)(de)出現(xian)。其次,光(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)應(ying)用(yong)(yong)中(zhong)的(de)(de)(de)其他問(wen)題也(ye)非常重要,如:(1)由(you)于光(guang)(guang)(guang)源帶寬有限,而應(ying)用(yong)(yong)中(zhong)一(yi)(yi)般要求光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)的(de)(de)(de)反射(she)譜不能重疊,因此可復(fu)(fu)用(yong)(yong)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)的(de)(de)(de)數目受到限制;(2)如何實現(xian)在(zai)復(fu)(fu)合(he)材料中(zhong)同(tong)時測量(liang)多軸向的(de)(de)(de)應(ying)變,以再現(xian)被測體的(de)(de)(de)多軸向應(ying)變形貌(mao);(3)如何實現(xian)大(da)范圍、、實時測量(liang);(4)如何正(zheng)(zheng)確地分(fen)辨光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)波長變化是由(you)溫度變化引(yin)起的(de)(de)(de)還是由(you)應(ying)力產生(sheng)的(de)(de)(de)應(ying)變引(yin)起的(de)(de)(de)等。地解(jie)(jie)決上述(shu)問(wen)題對(dui)于實現(xian)廉價(jia)、穩定、高分(fen)辨率、大(da)測量(liang)范圍、多光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)復(fu)(fu)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)感(gan)系統(tong)具有重要意義,這(zhe)些(xie)都有待發(fa)展(zhan)。   、德國(guo)、加拿(na)大(da)、英國(guo)等都在(zai)致力于新型光(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)及解(jie)(jie)調(diao)系統(tong)的(de)(de)(de)研究(jiu),我國(guo)對(dui)光(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)研究(jiu)相對(dui)晚一(yi)(yi)些(xie),但已經(jing)有了較(jiao)大(da)發(fa)展(zhan),隨著實用(yong)(yong)、廉價(jia)的(de)(de)(de)波長解(jie)(jie)調(diao)技術進一(yi)(yi)步發(fa)展(zhan)和完善,光(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)必(bi)將在(zai)市(shi)場上開辟出一(yi)(yi)片新的(de)(de)(de)天地。

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