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   傳感器的光路形式有兩種：一種是透射式光柵，它的柵線刻在透明材料（如工業(yè)用白玻璃，光學(xué)玻璃等）上；另一種是反射式光柵，它的柵線刻在具有強(qiáng)反射的金屬（不銹鋼）或玻璃鍍金屬膜（鋁膜）上。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是量程大和精度高。光柵式傳感器應(yīng)用在程控、數(shù)控機(jī)床和三坐標(biāo)測量機(jī)構(gòu)中，可測量、動(dòng)態(tài)的直線位移和整圓角位移。在機(jī)械振動(dòng)測量、變形測量等領(lǐng)域也有應(yīng)用。

   光纖光柵是利用光線中的光敏性制成的，所謂光線中的光敏性是指激光通過摻雜光纖時(shí)，光纖的折射率將隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)變化的特性。而在纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，其實(shí)質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的（透射和反射）濾波器和反射鏡。利用這一特性可制造出許多性能*的光纖器件。它們都具有反射帶寬范圍大、附加損耗小、體積小，易于光纖耦合，可與其他光器件兼容成一體，不受環(huán)境塵埃影響等一系列優(yōu)異性能。

   光纖光柵的種類很多，主要分為兩大類：一是Bragg光柵（也稱為反射或短周期光柵），二是透射光柵（也稱為長周期光柵）。光纖光柵從結(jié)構(gòu)上可分為周期性結(jié)構(gòu)和非周期性結(jié)構(gòu)，從功能上還可分為濾波型光柵和色散補(bǔ)償型光柵；其中，色散補(bǔ)償型光柵是非周期光纖，又稱為啁啾光柵（chirp光柵）。目前光纖光柵的應(yīng)用主要集中在光纖通信領(lǐng)域和光柵傳感器領(lǐng)域。

   在光纖傳感器領(lǐng)域，光纖光柵傳感器的應(yīng)用前景十分廣闊。由于光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾，尺寸小（標(biāo)準(zhǔn)裸光纖為125um）、重量輕、耐溫性好（工作溫度上限可達(dá)400℃~600℃）、復(fù)用能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)（傳感器到解調(diào)端可達(dá)到幾公里）、耐腐蝕、高敏感度、無源器件、異形變等優(yōu)點(diǎn)，早在1988年就成功地應(yīng)用在航空、航天領(lǐng)域中作為有效地?zé)o損檢測當(dāng)中，同時(shí)光纖光柵傳感器還可以應(yīng)用于化學(xué)醫(yī)藥、材料工業(yè)、水利電力、船舶、煤礦等各個(gè)領(lǐng)域，以及在土木工程領(lǐng)域中（如建筑物、橋梁、水壩、管線、隧道、容器、高速公路、機(jī)場跑道等）的混凝土組件和結(jié)構(gòu)中測定結(jié)構(gòu)的完整性和內(nèi)部應(yīng)變狀態(tài)，從而建立靈巧結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能建筑。

   當(dāng)光纖光柵所處環(huán)境的溫度、應(yīng)力、應(yīng)變或者其他物理量發(fā)生變化時(shí)，光柵的周期或纖芯折射率將發(fā)生變化，從而使反射光的波長發(fā)生變化，通過測量物理量變化前后反射光波長的變化，就可以獲得待測物理量的變化情況。如利用磁場誘導(dǎo)的左右旋極化波的折射率變化不同，可實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場的直接測量。此外，通過特定的技術(shù)，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)力和溫度的分別測量和同時(shí)測量。通過在光柵上涂敷特定的功能材料（如壓電材料），對(duì)電場等物理量的間接測量也能實(shí)現(xiàn)。

1.啁啾光纖光柵傳感器的工作原理

   上面介紹的光柵傳感器系統(tǒng)，光柵的幾何結(jié)構(gòu)是均勻的，對(duì)單參數(shù)的定點(diǎn)測量很有效，但在需要同時(shí)測量應(yīng)變和溫度或者測量應(yīng)變或溫度沿光柵長度的分布時(shí)就顯得力不從心。此時(shí)，采用啁啾光纖光柵傳感器就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。啁啾光纖光柵由于其優(yōu)異的色散補(bǔ)償能力而應(yīng)用在高比特遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)中。與光纖Bragg光柵傳感器的工作原理基本相同，在外界物理量的作用下，啁啾光纖光柵除了D1B的變化外，光譜的展寬也會(huì)發(fā)生變化。

   這種傳感器在應(yīng)變和溫度均存在的場合非常有用。由于應(yīng)變的影響，啁啾光纖光柵反射信號(hào)會(huì)拓寬，峰值波長也會(huì)發(fā)生位移，而溫度的變化則由于折射率的溫度依賴性（dn/dT），僅會(huì)影響重心的位置。在地震監(jiān)測等地球動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中，地表驟變等現(xiàn)象的原理及其危險(xiǎn)性的估定和預(yù)測是非常復(fù)雜的，而火山區(qū)的應(yīng)力和溫度變化是目前為止能夠揭示火山活動(dòng)性及其關(guān)鍵活動(dòng)范圍演變的有效手段。光纖光柵傳感器在這一領(lǐng)域中的應(yīng)用主要是在巖石變形、垂直震波的檢測以及作為地形檢波器和光學(xué)地震儀使用等方面。活動(dòng)區(qū)的應(yīng)變通常包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)梁中國，靜態(tài)應(yīng)變(包括火山產(chǎn)生的靜態(tài)變形等）一般都定位于與地址變形源很近的距離，而以震源的震波為代表的動(dòng)態(tài)應(yīng)變則能夠在與震源較遠(yuǎn)的地球周邊環(huán)境中檢測到。

   為了得到相當(dāng)準(zhǔn)確的震源或火山源的位置，更好的描述源區(qū)的幾何形狀和演變情況，需要使用密集排列的應(yīng)力-應(yīng)變測量儀。光纖光柵傳感器是能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離和密集排列復(fù)用傳感的寬帶、高網(wǎng)絡(luò)化傳感器，符合地震檢測等的要求，因此它在地球動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中無疑具有較大的潛在用途。有報(bào)道指出，光纖光柵傳感器已成功檢測了頻率為0.1Hz~2Hz，大小為10-9e的巖石和地表動(dòng)態(tài)應(yīng)變。

在航天器及船舶中的應(yīng)用

   先進(jìn)的復(fù)合材料抗疲勞、抗腐蝕性能較好，而且可以減輕船體或航天器的重量，對(duì)于快速航運(yùn)或飛行具有重要意義，因此復(fù)合材料越來越多地被用于制造航空航海工具（如飛機(jī)的機(jī)翼）。

   為了全面衡量船體的狀況，需要了解其不同部位的變形力矩，剪切壓力、甲板所受的抨擊力，普通船體大約需要100個(gè)傳感器，因此波長復(fù)用能力*的光纖光柵傳感器適合于船體檢測。光纖光柵傳感器系統(tǒng)可測量船體的彎曲應(yīng)力，而且可測量海浪對(duì)濕甲板的抨擊力。具有干涉探測性能的16路光纖光柵復(fù)用系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了帶寬為5kHz范圍內(nèi)、分辨率小于10ne/(Hz)1/2的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量。

   另外，為了監(jiān)測一家飛行器的應(yīng)變、溫度、振動(dòng)，起落駕駛狀態(tài)、超聲波場和加速度情況，通常需要100多個(gè)傳感器，故傳感器的重量要盡量輕，尺寸盡量小，因此靈巧的光纖光柵傳感器是好的選擇。另外，實(shí)際上飛機(jī)的復(fù)合材料中存在兩個(gè)方向的應(yīng)變，嵌入材料中的光纖光柵傳感器是實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)多軸向應(yīng)變和溫度測量的理想智能元件。

   光纖光柵傳感器可以檢測的建筑結(jié)構(gòu)之一為橋梁。應(yīng)用時(shí)，一組光纖光柵被粘于橋梁復(fù)合筋的表面，或在梁的便面開一個(gè)小凹槽，使光柵的裸纖芯部分嵌進(jìn)凹槽中（便于保護(hù)）。如果需要更加完善的保護(hù)，則好是在建造橋時(shí)把光柵埋進(jìn)復(fù)合筋。同時(shí)，為了修正溫度效應(yīng)引起的應(yīng)變，可使用應(yīng)力和溫度分開的傳感器，并在每一個(gè)梁上均安裝這兩個(gè)臂。兩個(gè)具有相同中心波長的光纖光柵代替法布里的反射鏡，利用低相干性使干涉的相位噪音小化，這一方法實(shí)現(xiàn)了高靈敏度的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量。用FFPI結(jié)合另外兩個(gè)FBG，其中一個(gè)光柵用來測應(yīng)變，另一個(gè)被保護(hù)起來（免受應(yīng)力影響），以測量和修正溫度效應(yīng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)三個(gè)量的測量：溫度、靜態(tài)應(yīng)變、順時(shí)動(dòng)態(tài)應(yīng)變。這種方法兼有干涉儀的相干性和光纖布拉格光柵傳感器的優(yōu)點(diǎn)，在5me的測量范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了小于1me的靜態(tài)應(yīng)變測量精度、0.1℃的溫度靈敏度和小于1ne/（Hz）1/2的動(dòng)態(tài)應(yīng)變靈敏度。光纖光柵傳感器因不受電磁場干擾和可實(shí)現(xiàn)長距離低損耗傳輸，從而成為電力工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。電線的載重量、變壓器繞線的溫度、大電流等都可利用光纖光柵傳感器測量。

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