光纤光栅

光纤光栅是在1978年由加拿大通信研究中心的K.Hill等人发明的。他是利用曝光(或光刻)技术在光纤上形成的折射率(或物理损伤)的周期性分布结构,称为光纤光栅。光纤光栅能够把光纤中传输的某一特定波长光的反射,由于其反射波长满足Bragg衍射方程,所以把这种光栅称为光纤Bragg光栅(fiberBragggrating),英文缩写FBG。

光纤光栅传感技术介绍

光纤光栅传感原理

光纤光栅周期在几百纳米数量级,当某一宽带光源的光入射到光纤光栅中时,折射率分布的周期性结构导致某一特定波长光的反射,反射光的波长由Bragg公式确定

(1),式中,、和分别为光纤光栅的反射波长、有效折射率和周期。

当环境温度和光纤光栅受到应变作用时,光纤光栅的反射波长发生改变,改变量由下式给出

(2),式中,为有效弹光系数,p11和p12为弹光系数,为纤芯材料的泊松比,为弹性体的热膨胀系数,为光纤的热光系数,为温度改变量,为光纤的轴向应变。

如果光纤光栅不受应变作用时,(2)式变为

(3),此时,光纤光栅可用作温度传感器。

如果温度和应变同时作用,由(2)式可得

(4)。

公式(4)表明:如果已知光纤光栅谐振波长的漂移量及其温度的改变量,就可以计算出光纤光栅的应变,此时,光纤光栅可用作应变传感器。

光纤光栅传感的优势与特点

光纤光栅器件集成在光纤内部,体积小、重量轻、无源无电、不怕灰尘,具有电磁信号干扰的能力,不怕雷电,可在易燃易爆和强电磁干扰等恶劣环境使用;

光纤光栅传感器采用光波长编码,采用“波分复用”、“时分复用”和“空分复用”技术,容易组网,形成大规模光纤光栅传感网络,特别适合于大型结构工程、航空、航天等领域应用;

光纤光栅传感器信号可进行远距离传输,距离可达几十公里,适合用于大型结构工程远距离实时在线监测,尤其适合在无人区、无电区以及恶劣的环境进行长期监测;

光纤与碳纤维材料兼容,可嵌入到复合材料内部,对复合材料损伤进行识别。

(编辑:899电脑网)