光纤光栅解调仪---FBG
0~+55 +10~+95 -20~+85 +20~+85
V Hz
220±10% 50 PS8-04 船型开关
邮政编码：518055
深 圳 市 浩 源 光 电 技 术 有 限 公 司
SHENZHEN HOYATEK CO., LTD.
地址：深圳市南山区西丽镇丽山路深圳硅谷大学城创业园 1101 室
Tel：86（0755）33010357 33010356 33010353 Fax: 86（0755）33010355
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光纤光栅解调仪---FBG 光纤光栅解调仪---FBG
产品描述
HY-3100 型多通道光纤光栅传感分析仪是高精度、高灵敏度、多通道、多测量的测量分析 仪，为光纤光栅传感测量系统提供了完善可靠的解决方案。可通过对光纤光栅波长分析，得出 外界物理量的变化，实现外界环境实时有效的监测。目前该系统广泛的适用于电力、建筑、石 油、交通等特殊场合的温度、应力、应变等监测。 参数 光参数 波长范围 绝对波长精度 功率动态范围 扫描频率 波长分辨率 光纤连接头 数据接口 LAN 机械规格 尺寸 cm 33.7×48.3×8.9 （1U/2U 19 英寸标准机箱） 重量 环境 工作温度 工作湿度 储存温度 储存湿度 电气规格 AC 输入口 电源频率 电源开关
Tel：86（0755）33010357 33010356 33010353 Fax: 86（0755）33010355
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单位
数值
nm pm dBm Hz pm
1525~1565 ±40 30 2.5 ±1 FC/APC
交叉线
kg
8.7
℃ RH（%） ℃ RH（%）
光纤布拉格光栅(FBG)-基础与应用
光致折射率变化的阈值特性(右上图)
折射率变化的温度稳定性(右下图)
光致折射率变化使光纤处于一种亚 稳态 在一定温度下，折射率变化变小甚 至完全消失
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FBG写入技术
FBG制作对UV激光器的要求
输出波长及其稳定性 空间及时间相干性 输出功率或脉冲能量及重复率 光斑质量 偏振特性 光束指向稳定性
FBG写入技术分类
掩模法
UV beam Phase Mask
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FBG在光通信中的应用
波分复用与解 复用 波长锁定 光纤放大器增 益平坦 色散补偿 上下路复用与 解复用 光CDMA
Components and Modules in DWDM Networks
• •
掺N2（氮气）
• SPCVD过程中，加入0.1%氮气可使光敏性加 倍 • 折射率变化～2.8×10-3
高温载氢处理
• 在含氢1mol%环境下，使用CO2激光将 光纤加温至600℃ • 短时间（10秒）内增加光纤的光敏性
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光纤光栅分类
Ⅰ类光栅
掺杂浓度较低的光纤内形成 较低UV曝光量 局部缺陷引起折射率变化 折射率变化⊿n～10-5—10-3＞0 温度稳定性较差（300℃） 可使脉冲或连续激光，前者更有效 掺杂浓度较高（eg ＞25mol% GeO2)的光纤内形成 较高UV曝光量（ ＞ 500J/cm2)， 结构重构引起折射率变化 折射率变化⊿n＜0 温度稳定性较好（500℃） 可使脉冲或连续激光 极高UV曝光量，瞬间局部温度达上千度 物理破坏引起折射率变化 折射率变化⊿n可达10-2 温度稳定性好（800℃） 只能使用脉冲激光
光纤布拉格光栅(fbg)反射中心波长
光纤布拉格光栅(fbg)反射中心波长下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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(完整版)第5讲光纤布拉格光栅(FBG)解读
最大反射率为 R(l, ) tanh2 (l)
反射谱带宽为
Bs
(
n 2 n0
)
2
(
1 N
)2
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光纤的光敏特性
❖ 掺杂光纤光敏性机理
▪ 掺杂物质与SiO2混合时形成的结构缺陷 ▪ 外界光场作用下通过单光子或双光子吸收
过程使错位键破裂形成色心 ▪ 标准光纤：GeOx ▪ 其它掺杂物质：Erbium（铒）, Europium
▪ 倍频氩离子激光器 ▪ 准分子激光器 ▪ 倍频铜蒸气激光器 ▪ 倍频可调谐染料激光器 ▪ 倍频可调谐OPO ▪ 三倍频YAG激光器 ▪ Alexandrite(紫翠玉)激光器
❖ FBG写入技术分类
▪ 内部写入法 ▪ 双光束干涉法 ▪ 掩模法 ▪ 模板+双光束干涉法 ▪ 逐点写入法 ▪ 其它写入法
FBG写入技术
（铕）, Cerium（铈）
❖ 影响光纤光敏性的因素
▪ 掺杂种类与掺杂浓度 ▪ 预制棒：缩棒后光敏性高于缩棒前 ▪ 拉纤速度影响光纤光敏性 ▪ 光纤光敏性与曝光时所施加的应力有关
❖ 增加光纤光敏性的方法 ▪ 低温载氢处理
• 压力：20—750atm(典型150atm)，温 度：20—75℃，时间：数十小时至数 天
❖ ⅡA（Ⅲ）类光栅
▪ 掺杂浓度较高（eg ＞25mol% GeO2)的光纤内形成 ▪ 较高UV曝光量（ ＞ 500J/cm2)， ▪ 结构重构引起折射率变化 ▪ 折射率变化⊿n＜0 ▪ 温度稳定性较好（500℃） ▪ 可使脉冲或连续激光
❖ Ⅱ类光栅
▪ 极高UV曝光量，瞬间局部温度达上千度 ▪ 物理破坏引起折射率变化 ▪ 折射率变化⊿n可达10-2 ▪ 温度稳定性好（800℃） ▪ 只能使用脉冲激光
光纤布拉格光栅(FBG)
多功能FBG
研发具有多参量感知能力 的FBG，如同时感知温度 和应变，提高FBG在实际 应用中的多功能性。
耐久性和稳定性
提高FBG的长期稳定性和 耐久性，使其在恶劣环境 下仍能保持可靠的传感性 能。
FBG在物联网领域的应用前景
智能交通
工业自动化
利用FBG传感器监测道路状况、车辆 速度和流量等信息，提高交通管理效 率和安全性。
光纤布拉格光栅(FBG)
contents
目录
• 引言 • FBG的基本原理 • FBG的制造工艺 • FBG的应用案例 • FBG的未来发展与挑战 • 结论
01 引言
FBG的定义与特性
定义
光纤布拉格光栅是一种特殊的光纤结 构，通过在光纤中产生周期性的折射 率变化，实现对特定波长光的反射。
特性
FBG具有窄带反射特性，反射光谱范 围窄、精度高、稳定性好，且易于与 光纤系统集成，适用于长距离、高可 靠性的光信号传输和传感应用。
写入技术
目前最常用的写入技术是 采用紫外激光干涉法，通 过在光纤上产生干涉图案 来形成光栅。
写入速度与精度
提高写入速度和精度是关 键技术难点，这有助于提 高生产效率和降低成本。
FBG的性能参数与测试方法
性能参数
01
光纤布拉格光栅的性能参数包括反射光谱、温度稳定性、机械
稳定性等。
测试方法
02
对光纤布拉格光栅的性能参数进行测试，可以采用光谱分析仪、
优势
FBG具有高灵敏度、高精度、抗电磁干扰等优势，使其在许多领域 中成为理想的选择。
未来发展前景
随着科技的不断发展，FBG的应用前景将更加广阔，其在各个领域 中的价值也将得到更充分的体现。
FBG的未来发展方向与挑战
第5讲光纤布拉格光栅(FBG)解读
掺N2（氮气）
• SPCVD过程中，加入0.1%氮气可使光敏性加 倍 • 折射率变化～2.8×10-3
高温载氢处理
• 在含氢1mol%环境下，使用CO2激光将 光纤加温至600℃ • 短时间（10秒）内增加光纤的光敏性
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光纤光栅分类
Ⅰ类光栅
掺杂浓度较低的光纤内形成 较低UV曝光量 局部缺陷引起折射率变化 折射率变化⊿n～10-5—10-3＞0 温度稳定性较差（300℃） 可使脉冲或连续激光，前者更有效 掺杂浓度较高（eg ＞25mol% GeO2)的光纤内形成 较高UV曝光量（ ＞ 500J/cm2)， 结构重构引起折射率变化 折射率变化⊿n＜0 温度稳定性较好（500℃） 可使脉冲或连续激光 极高UV曝光量，瞬间局部温度达上千度 物理破坏引起折射率变化 折射率变化⊿n可达10-2 温度稳定性好（800℃） 只能使用脉冲激光
WDM Transmitters
• Source lasers (CW, DML) • Lithium niobate optical assemblies and modulators • Wavelockers • Tx/Rx modules
WDM Mux/Demux
• Thin film filters • Fibre gratings • Waveguides • Diffr. gratings • Circulators • Interleavers • Mux/Demux modules
光致折射率变化的阈值特性(右上图)
折射率变化的温度稳定性(右下图)
光致折射率变化使光纤处于一种亚 稳态 在一定温度下，折射率变化变小甚 至完全消失
FBG光纤光栅的原理和应用
第08卷 第5期 中 国 水 运 Vol.8 No.5 2008年 5月 China Water Transport May 2008收稿日期：2008-04-01 作者简介：姜志刚（1977-），男，武汉理工大学材料科学与工程学院，硕士，主要从事光纤传感技术研究及其应用研究。
FBG 光纤光栅的原理和应用姜志刚（武汉理工大学 材料科学与工程学院，湖北 武汉 430070）摘 要：简要介绍了FBG 光纤光栅通过测量波长的漂移实现对被测量的检测原理及抗干扰能力强且易于在同一根光纤内集成多个传感器复用；以及FBG 光纤光栅在高精度测温、高分辨率应变测量液、位测量领域的应用。
关键词：FBG 光纤光栅；应力传感；温度传感中图分类号：TP212.14 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2008）05-0128-02一、前言光传感以其独特的技术特点，飞速发展，特别是光纤传感技术，利用其质轻、径细、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、信号衰减小、集信息传感与传输于一体等特点，可以解决常规检测技术难以完全胜任的测量问题，被广泛应用于医学、生物、电力工业、化学、环境、军事和智能结构等领域而布拉格光纤光栅传感器除了具有普通光纤传感器的抗电磁干扰和原子辐射、径细、质软、重量轻、绝缘、耐高温、耐腐蚀等诸多优点外，与其他传感器相比还有其独自的优点——传感信号为波长调制，这就使它还有许多独特的优势：1．避免了一般干涉型传感器中相位测量的不清晰和对固有参考点的需要；2．可以使用波分复用技术在一根光纤中串接多个光栅进行分布式测量；二、布拉格光纤光栅传感的基本原理图1 布拉格光纤光栅结构图布拉格光纤光栅是通过改变光纤芯区折射率，使其产生小的周期性调制而形成。
由于周期性折射率的扰动仅会对较窄的一段光谱产生影响（典型光谱宽度为0.05－0.3nm），因此，当宽带光波在光栅中传输时，入射光将在相应的频率上被反射回来，其余的透射光波则几乎不受影响。
FBG光纤光栅传感原理+安装及产品
• Polyamide聚酰胺: 与光纤应变参数相同，相似的环氧材料和粘接技 术
• Acrylate丙烯酸脂: 电信标准, 不能传输应变
Slide 13
FBG传感器: 自身压力反应
DlB = 0.0292pm
DP
psi
Normalized Intensity
1557.710 1557.700
Bragg wavelength shift VS Pressure
lB Linear Fit
Wavelength (nm)
1557.690
1557.60
1557.80
1558.00
1558.20
Wavelength (nm)
1558.40
1558.60
1558.80
Slide 11
FBG 温度与应变周期循环
• 温度周期变化
▪ FBG高温退火 ▪ 4 小时为一周期, 21 C to 427 C（度） ▪ 512 个循环，共 2048 个小时。 ▪ 不能改变FBG的光谱。
• 焊接使用，或者埋入 (长期使用), 或者使用环氧胶粘贴 (短期使用)
• 用于作为高质量传感器的核心元器 件 。 (管式应变计, 位移计, 加速度 计, 角度计, 压力计 …)
• 精度是： 1 mstrain。 测量范围是： +/-2,500 mstrain. • 高可靠性和稳定性 (不漂移) 设计 • 提供传感器出厂线性值及温度补偿方法 • MOI可提供合适的点焊机和光纤熔接机.
光纤光栅静态解调仪使用说明书
武汉中地恒达科技有限公司企业标准ZDHD-QS-JS039-1.0-2020光纤光栅静态解调仪使用说明书2020-6-1实施本说明书由武汉中地恒达科技有限公司编制1.硬件设备说明1.1产品简介FBG-2000是武汉中地恒达科技有限公司研发设计的一款专用监测仪器，配套光纤光栅传感器使用。
专用于桥梁、隧道、大坝、边坡等的工程结构在线监测。
具有多种多功能、操作简单、接口方便，同时适合于用户进行二次开发。
产品采用了先进的技术路线，采集出带宽范围内的海量光谱点，并根据运算规则计算出光谱中峰值的中心位置。
同时结合了工程应用的需要。
系统既提供高精度的波长分辨率，又满足工程环境长期稳定运行的要求。
FBG-2000主机采用优化的数字逻辑进行电路运算处理，可以快速找到中心波长的位置。
同时采用光学标准具进行校准，保证系统温度测量的准确性和稳定性。
其主机设计包括的基本配置：扫描光源,光探测器，电路、软件处理、光路、电源等部分组成，系统最大化地集成了各个模块，使得各模块独立工作，又互相联系，保证了系统的良好的一致性，也方便了用户的使用维修。
钢筋计适用于长期埋设在混凝土结构物内部，测量结构物内部的钢筋应力。
1.2装箱清单光纤光栅解调仪主机x1铝合金包装箱x1电源线x1检测报告x1合格证x1使用说明书x1 1.3产品规格指标1.4产品内部结构示意图外接传感器光学系统电路系统工控机（windows）外接键、鼠、显示器与通讯网络1.5对外接口光纤FC 接口用于连接传感器网口对外通讯AC220V 电源口USB主要用于接鼠标键盘、U 盘VGA 或HDMI 主要用于内置工控机时接显示器1.6相比于同类产品的优势【设备信噪比高】下图为本产品与同行产品的对比，在外接相同传感器、相同条件下运行，本产品的波长白噪声约为±1pm，同行的产品白噪声达到±15pm（对外宣称指标为1pm精度）。
本产品的信噪比符合宣称指标并明显优于市场同类产品。
FBG布拉格光纤光栅传感技术及其优势
ti = 2li c/n式中，c为光在真空中传播的速度，n为光纤的折射率。 确定阵列中光栅的位置后，可使用如前所述的无缘倾斜滤波器来确定每个脉冲在其到来 时的波长。当然，也可使用高速分光计。
3
三．布拉格光纤光栅传感技术优势
布拉格光纤光栅传感技术及其优势
基于布拉格光纤光栅（FBG）的传感器相对于传统的电子传感器技术具有很多重大优势： 适用于严苛环境 布拉格光纤光栅传感器完全无源，没有使用任何仪表无法工作的地方长期工作。 抗电磁干扰 布拉格光纤光栅传感器的无源特性的另一个好处就是它们不受到静电、电磁及无线电频率源的干扰。所以 它们可以安装在发电站等具有严重电子噪声的场所。另外，由于无源，本质上它们是100%安全的，它可用 于大多数危险爆破环境。 远程感应光纤是一个效率非常高的信号载体。因此，电子调制解调单元可安装在距传感器位置几十千米的 地方。而传统电子应变测量系统需要适当放大以防止噪声淹没信号。对于监测油井、提升柱、管道或隧道 等长距离、偏远建筑结构，此特点具有特有和巨大的好处。光学传感器没有引线的影响，由于布拉格光纤 光栅传感系统的被测量为波长，它不受到信号衰减的影响，所以远端的传感器信号在沿着较长光纤传输的 过程中不可能发生错误。 长期稳定性 布拉格光纤光栅传感器的另一个优点是其对于远程监控具有长期的稳定性。作为无源传感器，布拉格光纤 光栅具有零漂移的特性，因而可以使用很多年而不需要重新标定。将传感器安装在结构上，然后连接到调 制解调设备，每隔几年采集一次数据，就可获得结构自上次读数后的真实动作情况。由于一个调制解调单 元可用于很多结构，这大大增加了这项科技的经济优势。 微小尺寸 刻录布拉格光栅的光纤非常小，直径只有约0.15mm。因此，很多传感器可应用于非常小扰动的结构。特别 地，光纤传感器阵列可以嵌入复合材料，用于检测内部应变、温度和损伤，而不影响复合材料的结构性能。
光纤布拉格光栅(FBG)介绍
光纤布拉格光栅(FBG)介绍1 介绍FBG是Fiber Bragg Grating的缩写，即光纤布拉格光栅。
在纤芯内形成的空间相位周期性分布的光栅，其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。
利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。
这些器件具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，易与光纤耦合，可与其它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优异性能。
目前应用主要集中在光纤通信领域(光纤激光器、光纤滤波器)和光纤传感器领域(位移、速度、加速度、温度的测量)。
近年来，随光纤光栅的重要性被人们所认识，各种光纤光栅的制作方法层出不穷，这些方法各有其优缺点，下面分别进行评述。
2光纤光栅制作方法2.1光敏光纤的制备采用适当的光源和光纤增敏技术，可以在几乎所有种类的光纤上不同程度的写人光栅。
所谓光纤中的光折变是指激光通过光敏光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应的变化，如这种折射率变化呈现周期性分布，并被保存下来，就成为光纤光栅。
光纤中的折射率改变量与许多参数有关，如照射波长、光纤类型、掺杂水平等。
如果不进行其它处理，直接用紫外光照射光纤，折射率增加仅为(10的负4次方)数量级便已经饱和，为了满足高速通信的需要，提高光纤光敏性日益重要，目前光纤增敏方法主要有以下几种：1)掺入光敏性杂质，如：锗、锡、棚等。
2)多种掺杂(主要是B/Ge 共接)。
3)高压低温氢气扩散处理。
4)剧火。
2.2成栅的紫外光源光纤的光致折射率变化的光敏性主要表现在244nm紫外光的错吸收峰附近，因此除驻波法用488nm可见光外，成栅光源都是紫外光。
大部分成栅方法是利用激光束的空间干涉条纹，所以成栅光源的空间相干性特别重要。
目前，主要的成栅光源有准分子激光器、窄线宽准分子激光器、倍频Ar离子激光器、倍频染料激光器、倍频OPO激光器等，根据实验结果，窄线宽准分子激光器是目前用来制作光纤光栅最为适宜的光源。