光纖傳感器的特點(diǎn)有哪些

布拉格光柵傳感器

光纖傳感器通常基于光纖布拉格光柵。許多光纖傳感器的基本原理是光纖布拉格光柵的布拉格波長(zhǎng)（即最大反射波長(zhǎng)）不僅取決于布拉格光柵周期，還取決于溫度和機(jī)械應(yīng)變。

對(duì)于基于二氧化硅纖維的光學(xué)應(yīng)變傳感器，布拉格波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)變的分?jǐn)?shù)響應(yīng)比應(yīng)變本身小約20％，因?yàn)閼?yīng)變的直接影響在某種程度上通過(guò)折射率的降低而降低。溫度效應(yīng)接近單獨(dú)熱膨脹所預(yù)期的溫度效應(yīng)。應(yīng)變和溫度的影響可以通過(guò)各種技術(shù)來(lái)區(qū)分（例如，通過(guò)使用不受應(yīng)變影響的參考光柵，或者通過(guò)組合不同類型的光纖光柵），從而同時(shí)獲得兩個(gè)量。

對(duì)于純應(yīng)變傳感，分辨率可以是幾μs的范圍（即，相對(duì)長(zhǎng)度變化幾倍10?^-6），并且精度可能不會(huì)低得多。對(duì)于動(dòng)態(tài)測(cè)量（例如聲學(xué)現(xiàn)象），可以實(shí)現(xiàn)在1Hz帶寬內(nèi)優(yōu)于1nε的靈敏度。

還有布拉格光柵激光傳感器，其中實(shí)現(xiàn)了光纖激光器，由兩個(gè)光柵和其間的稀土摻雜光纖組成?；蛘?，另一側(cè)可以有一個(gè)FBG和一個(gè)寬帶反射器。當(dāng)提供泵浦光時(shí)，這種裝置產(chǎn)生波長(zhǎng)接近布拉格波長(zhǎng)的輸出。

準(zhǔn)分布式傳感

單根光纖可以包含許多串聯(lián)的光柵傳感器（見(jiàn)上文），以監(jiān)測(cè)沿整個(gè)光纖的溫度和應(yīng)變分布。這稱為準(zhǔn)分布式傳感。有不同的技術(shù)來(lái)解決單個(gè)光柵（以及沿光纖的某些位置）：

• 在稱為波分復(fù)用（WDM）或光頻域反射計(jì)（OFDR）的一種技術(shù)中，光柵具有略微不同的布拉格波長(zhǎng)。甲波長(zhǎng)可調(diào)?激光器中的詢問(wèn)器單元可以被調(diào)諧到屬于特定的光柵波長(zhǎng)，和最大的波長(zhǎng)的反射率表示應(yīng)變或溫度的影響，例如?；蛘?，寬帶光源（例如，超發(fā)光源）可以與波長(zhǎng)掃描光電探測(cè)器（例如，基于光纖Fabry-Pérot）或基于CCD的光譜儀一起使用。。在任何情況下，光柵的最大數(shù)量通常在10和50之間，受光源的調(diào)諧范圍或帶寬和每個(gè)光纖光柵所需的波長(zhǎng)間隔的限制。
• 另一種稱為時(shí)分多路復(fù)用（TDM）的技術(shù)使用相同的弱反射光柵，用短光脈沖進(jìn)行詢問(wèn)。然后通過(guò)它們的到達(dá)時(shí)間來(lái)區(qū)分來(lái)自不同光柵的反射。時(shí)分復(fù)用通常與波分復(fù)用相結(jié)合，以便將不同信道的數(shù)量乘以數(shù)百甚至數(shù)千。
• 光學(xué)開(kāi)關(guān)允許人們?cè)诓煌墓饫w線路之間進(jìn)行選擇，進(jìn)一步增加可能的傳感器數(shù)量。

分布式傳感

其他光纖傳感器不使用光纖布拉格光柵作為傳感器，而是使用光纖本身。然后，傳感原理可以基于瑞利散射，拉曼散射或布里淵散射。例如，光時(shí)域反射計(jì)是一種使用脈沖探測(cè)信號(hào)可以定位弱反射的方法。例如，還可以利用布里淵頻移的溫度或應(yīng)變依賴性。

在某些情況下，測(cè)量的量是整個(gè)纖維長(zhǎng)度的平均值。對(duì)于某些溫度傳感器而言，情況也是如此，但對(duì)于用作陀螺儀的Sagnac干涉儀也是如此。在其他情況下，測(cè)量位置相關(guān)的量（例如溫度或應(yīng)變）。這稱為分布式傳感。

有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱光學(xué)溫度傳感器和光學(xué)應(yīng)變傳感器的文章

其他方法

除了上述方法之外，還有許多替代技術(shù)。一些例子是：

• 光纖布拉格光柵可用于干涉光纖傳感器，其中它們僅用作反射器，并且測(cè)量的相移由它們之間的光纖跨距產(chǎn)生。
• 存在布拉格光柵激光傳感器，其中傳感器光柵形成光纖激光?諧振器的端鏡，其包含例如一些摻鉺光纖，其通過(guò)光纖線接收一些980nm泵浦光。布拉格波長(zhǎng)取決于例如溫度或應(yīng)變，決定激光發(fā)射波長(zhǎng)。這種方法具有許多進(jìn)一步的變化，由于這種光纖激光器的線寬小而具有非常高的分辨率，并且具有非常高的靈敏度。
• 在某些情況下，成對(duì)的布拉格光柵被用作光纖法布里 – 珀羅干涉儀，它可以對(duì)外部影響做出特別敏感的反應(yīng)。法布里 – 珀羅干涉儀也可以用其他方法制造，例如在光纖中具有可變的氣隙。
• 長(zhǎng)周期光纖光柵對(duì)于多參數(shù)傳感（例如溫度和應(yīng)變）特別有用，并且對(duì)于對(duì)溫度變化具有非常低靈敏度的應(yīng)變傳感也是如此。

應(yīng)用

即使經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，光纖傳感器仍未取得巨大的商業(yè)成功，因?yàn)榧词顾鼈兙哂心承┚窒扌?，也難以取代已經(jīng)成熟的技術(shù)。然而，對(duì)于某些應(yīng)用領(lǐng)域，光纖傳感器越來(lái)越被認(rèn)為是一種具有非常有趣可能性的技術(shù)。這尤其適用于惡劣環(huán)境，例如高壓和高功率機(jī)械或微波爐中的傳感。布拉格光柵傳感器還可用于監(jiān)測(cè)例如飛機(jī)機(jī)翼，風(fēng)力渦輪機(jī)，橋梁，大型水壩，油井和管道中的狀況。帶有集成光纖傳感器的建筑有時(shí)被稱為“智能結(jié)構(gòu)”;