FBG布拉格光纤光栅传感技术及其优势
基于机器学习的光纤布拉格光栅传感技术研究
基于机器学习的光纤布拉格光栅传感技术研究光纤布拉格光栅传感技术是利用光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）作为信号传输和反射元件，进行物理量或化学量测量的一种先进技术。
FBG传感器由于具有抗干扰、高灵敏度、低成本、便于集成等优点，被广泛应用于工业自动化、航空航天、海洋等领域。
近年来，随着机器学习技术的发展，基于机器学习的光纤布拉格光栅传感技术也进一步得到了发展和应用。
一、光纤布拉格光栅传感技术的优势光纤布拉格光栅传感技术具有以下几个优势：1. 高灵敏度：FBG传感器具有高灵敏度和高稳定性，能够对细微的物理量或化学量进行测量和监测。
2. 抗干扰：FBG传感器利用光学技术进行测量和反馈，免受电磁干扰影响，具有高抗干扰能力，能够在复杂环境下可靠地工作。
3. 低成本：传统的物理量或化学量测量方法需要昂贵的传感器和设备，而FBG传感器可以通过自制或批量化生产实现低成本生产，降低了生产和应用成本。
4. 便于集成：FBG传感器可以通过光纤技术与其他设备进行集成，实现多个传感器的同时监测和反馈，提高了生产效率和精度。
二、基于机器学习的光纤布拉格光栅传感技术的发展基于机器学习的光纤布拉格光栅传感技术是将机器学习技术应用于光纤布拉格光栅传感技术中，将传感器测得的数据通过算法和模型进行学习和处理，实现对物理量或化学量的精准预测和监测。
近年来，随着机器学习技术的发展和FBG传感器的应用范围的不断拓展，基于机器学习的光纤布拉格光栅传感技术也得到了快速发展和应用。
1. 监测结构健康光纤布拉格光栅传感技术可以用于监测结构健康状况，如桥梁、建筑物、大型机械等。
利用FBG传感器监测结构物的应力、挠度、变形等物理量，并将数据传输到机器学习算法中进行学习和处理，可以实现对结构健康状况的预测和监测。
2. 监测环境污染光纤布拉格光栅传感技术还可以用于监测环境的污染状况，如大气污染、水质污染等。
利用FBG传感器监测环境参数的变化，如气体浓度、水质指标等，并将数据传输到机器学习算法中进行学习和处理，可以实现对环境污染状况的预测和监测。
FBG传感器应用及设计实例
FBG传感器应用及设计实例FBG（Fiber Bragg Grating）传感器是一种基于光纤布拉格光栅原理设计的光纤传感器。
光纤布拉格光栅是通过在光纤内部引入一定的折射率改变周期性的折射率变化结构，形成的一种反射光栅。
FBG传感器利用光纤布拉格光栅的特性，可以对环境中的温度、应变等物理量进行测量。
FBG传感器具有体积小、抗干扰能力强、测量范围广等优点，因此被广泛应用于各个领域。
以下是几个FBG传感器的应用及设计实例：1.建筑结构监测：FBG传感器可以用来监测建筑结构的应变情况。
通过将多个FBG传感器布置在建筑结构上，可以实时监测结构的应变情况，及时发现结构的变形、开裂等问题，提前采取修复措施，保证建筑结构的安全性。
2.油气管道监测：FBG传感器可以用来监测油气管道的变形和温度变化。
将FBG传感器安装在油气管道上，可以实时监测管道的应变和温度变化，及时发现管道的变形、破损等问题，避免事故的发生。
3.地下水监测：FBG传感器可以用来监测地下水位的变化。
将FBG传感器固定在井口或地下水管道中，通过测量光纤的折射率变化来判断地下水位的变化情况。
这对于地下水资源的合理利用和保护具有重要意义。
4.航天器结构监测：FBG传感器可以用来监测航天器的结构应变情况。
将FBG传感器布置在航天器的关键结构上，可以实时监测结构的应变情况，判断航天器的工作状态是否正常，及时发现结构的变形和疲劳损伤，提高航天器的运行安全性。
5.生物医学应用：FBG传感器可以用于生物医学领域中的温度、压力和拉伸等参数的测量。
例如，可以将FBG传感器固定在医用器械上，实时测量医用器械的温度和应变情况，确保医疗操作的安全性。
以上是几个FBG传感器的应用及设计实例。
随着光纤技术的不断发展，FBG传感器将在更多的领域发挥更大的作用，为人们的生活和工作带来更多便利和安全。
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
FBG传感原理及产品
FBG传感原理及产品FBG（Fiber Bragg Grating）光纤布喇格光栅是一种在光纤中引入光波长选择性反射的光学组件。
它可以根据不同的波长尺寸选择性地反射光，从而实现光纤传感的目的。
FBG传感技术广泛应用于光纤传感领域，具有高精度、远距离传输、无电磁干扰等优势。
FBG传感器的结构相对简单，由一段光纤和一个光栅组成。
光栅通常通过使用激光束通过光纤的光束干涉技术制备而成。
在制备过程中，使用干涉仪将激光束分为两个光束，一个光束直接通过而另一个光束与光纤中的折射率变化交互。
当光线通过光纤时，光栅在光纤中引入周期性的折射率变化，从而形成布拉格光栅。
光纤中的折射率变化决定了光栅的反射波长。
这种布拉格光栅的特定折射率对应特定的波长，当特定波长入射时，会发生布拉格反射。
FBG传感器的工作原理是，当物理量（如温度、应力、测量）影响光纤中的光栅结构时，反射波长会发生变化。
通过测量光纤传感器输出光信号的波长，可以得到相应物理量的值。
由于光纤传感器无电气连接，可以在高强度磁场和强电压环境中工作，同时具有高温度稳定性和高抗微弱合成振动和冲击的能力。
FBG传感器的特点：首先，FBG传感器的反射光谱可以在光纤中分布，可以灵活布置，并且可以同时对多个位置进行光谱反射测量。
其次，FBG传感器具有较高的精度，大于0.01 nm的波长分辨率，可以实现较高的测量精度。
此外，FBG传感器具有较长的传输距离，信号带宽较大，能够在多达100公里的光纤中测量，而且信号传输延迟较小。
最后，FBG传感器具有很高的环境适应性，可以在恶劣的工作环境中长期使用。
FBG传感器广泛应用在结构监测、油田、航空航天、船舶、交通、环境监测、医疗等领域。
例如，在结构监测中，FBG传感器可以用于监测建筑物、桥梁和管道的变形、应力和温度。
在油田中，FBG传感器可用于监测井下温度、应力和压力变化。
在医疗领域，FBG传感器可以用于监测患者的体温、呼吸和心率。
总之，FBG传感器是一种基于光纤布喇格光栅结构的高精度光纤传感器。
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。
FBG布拉格光纤光栅传感技术及其优势
FBG布拉格光纤光栅传感技术及其优势FBG（Fiber Bragg Grating）布拉格光纤光栅传感技术是一种基于光纤传感器原理的测量技术。
它通过在光纤的光学纤芯中添加一个周期性折射率改变的光栅结构，实现了对光波的波长选择性反射，从而实现对光波的测量和传感。
FBG光栅传感技术具有很多优势，本文将详细介绍。
首先，FBG光栅传感技术具有很高的灵敏度和精度。
光纤光栅结构的周期性折射率改变能够引起光波的波长选择性反射，从而使得传感器能够在不同的波长上进行测量。
由于光栅的周期性结构可以通过微调光栅的制备参数进行优化，因此光栅传感器可以在特定的波长上实现极高的灵敏度和精度。
其次，FBG光栅传感技术具有很高的可重复性和稳定性。
光纤材料具有优良的化学稳定性和热稳定性，使得光纤光栅传感器在长期使用中能够保持良好的性能。
此外，由于光栅结构是在光纤材料中编写的，因此它不会受到外界环境的干扰，如机械振动、电磁干扰等，从而进一步保证了传感器的可靠性和稳定性。
第三，FBG光栅传感技术具有很高的兼容性和可扩展性。
光纤光栅结构可以与光纤的各种特性相结合，如单模光纤、多模光纤、光纤喇叭片等，从而可以实现对不同物理量的测量，如温度、应力、压力、湿度等。
同时，由于光栅结构是分布式传感器，因此可以在一根光纤上实现多个光栅结构，从而实现多参数的测量，具有很高的可扩展性。
第四，FBG光栅传感技术具有很高的抗干扰能力和远程监测能力。
光栅传感器的工作原理是通过测量被反射回来的光强来获取待测物理量信息，这种工作方式使得光栅传感器能够抵抗外界的光强波动和光纤传输损耗等因素的影响。
此外，光栅传感器可以与光纤网络相结合，实现远程监测和网络传输，从而实现对远程目标的实时监测和控制。
最后，FBG光栅传感技术具有很高的经济性和应用潜力。
光纤光栅传感器的制备工艺相对简单和成熟，制备成本相对较低，从而降低了传感器的成本。
此外，光栅传感器的应用领域非常广泛，包括航空航天、电力、交通、石油化工等行业，具有很大的市场潜力。
Fbg基本原理
Fbg基本原理Fbg，即光纤布拉格光栅，是一种利用光纤的周期性折射率变化来实现光谱分析和传感的技术。
它的基本原理是布拉格反射原理，即反射角度等于入射角度，且反射光的波长等于布拉格波长，布拉格波长的大小与光纤的周期性折射率变化有关。
Fbg的制备过程是将一段光纤进行局部蚀刻，形成一定的周期性折射率变化。
这个周期可以在光纤中形成一系列的反射波长，这些波长可以被用来分析光谱或者测量某些物理量。
Fbg的制备过程按照不同的方法可以分为两种，一种是光束干涉法，另一种是相位掩膜法。
光束干涉法是通过将两束激光光束在光纤上相遇，形成干涉图案，然后通过局部蚀刻的方法将干涉图案固定在光纤上。
相位掩膜法是通过将掩膜放在光纤上，然后通过紫外线照射，将掩膜上的图案转移到光纤上，形成周期性折射率变化。
Fbg的应用非常广泛，主要包括光纤通信、光纤传感、光纤激光器等领域。
其中，光纤通信是Fbg应用最广泛的领域之一。
在光纤通信中，Fbg可以用来实现光纤通信的波长分复用，即将多个光信号在不同的波长上进行传输，从而提高光纤通信的传输容量。
此外，Fbg还可以用来实现光纤传感，例如温度传感、应力传感和压力传感等。
在这些应用中，Fbg通过测量反射光的波长变化来实现物理量的测量。
Fbg技术具有许多优点，例如高精度、高分辨率、抗干扰性强等。
此外，Fbg还具有体积小、重量轻、易于集成等优点，使得它在许多应用中具有较高的竞争力。
总之，Fbg是一种非常重要的光纤技术，它的基本原理是布拉格反射原理，可以用来实现光谱分析和传感等应用。
Fbg技术在光纤通信、光纤传感、光纤激光器等领域具有广泛的应用前景，是光纤技术发展的重要方向之一。
FBG光纤光栅点式传感器在高速公路中的应用
FBG光纤光栅点式传感器在高速公路中的应用在高速公路的运转过程中，实现对车辆的精确监测和数据传输是非常关键的。
FBG光纤光栅点式传感技术应用在高速公路中，实现了监测数据的准确传输，提高了管理管控的效率。
FBG光纤光栅点式传感器通过检测光纤受到的扭曲变化，进行数据采集和分析，实现全局性的数据控制，从而提高了高速公路设备的运行效率、智能化程度和管理能力。
本文将介绍FBG光纤光栅点式传感器在高速公路中的应用。
1. FBG光纤光栅点式传感器的工作原理FBG光纤光栅点式传感器的工作原理是通过将光纤反射光的波长特性或反射光的反相位变化封装在光纤内部来检测光纤所受的扭曲变化。
FBG光纤光栅点式传感器可以实现对三维空间中的扭曲变化、温度、物理形变、压力、声波、光波等物理参量的检测。
FBG光纤光栅点式传感器能够在较长的光纤距离内进行数据检测，广泛应用于高速公路维护、地震预警、长距离油气管道监测和环境监测等领域。
2. FBG光纤光栅点式传感器在高速公路中的应用FBG光纤光栅点式传感技术在高速公路的应用，涉及到了车辆、路面和边缘等多个方面的监测。
FBG光纤光栅点式传感技术不仅可以作为数据控制点进行监测，还可以配合其他传感器一起协作完成对高速公路的全面监测。
主要应用包括：2.1. 路面检测FBG光纤光栅点式传感技术可以应用于道路路面技术的监测，如路面压力检测、路面形变检测、路面磨损检测等，通过分析路面状况，及时发现路面出现的异常情况，提高行车的安全性。
2.2. 车辆检测FBG光纤光栅点式传感技术还可以应用于车辆检测，如车辆的速度、质量、位置、轮廓等信息的获取，以及车流量统计、车牌识别等操作的实现。
通过对车辆信息的检测和分析，可以实现高速公路的自动化管控，并对车辆的安全行驶进行监测和保障。
2.3. 边缘监测FBG光纤光栅点式传感技术还可以应用于边缘检测，如边缘渗漏检测、边缘坍塌检测等，实时监测边缘的情况，及时采取措施进行维修或改进，保障边缘的完好性和高速公路的正常通行。
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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。
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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。
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使用无源滤波器对布拉格光纤光栅进行解调，波长变化（左图）转化成光强的变化（右图） ●可使用一种倾斜滤光片（可以是另一种布拉格光栅）直接将波长变化转换为光强变化。如果 此滤光片随波长变化的透光比已知，那么，通过测量并比较穿过和阻挡的光波的强度即可确定单 模光栅上反射的窄带波长。对于具有如左下图所示的透射谱的滤光器，当布拉格波长从λ 1增加 到λ 2时，减少的透射强度及反射或阻挡的光波强度Ir 会相应地增加。这是对布拉格光纤光栅进 行解调的最简单和最低廉的方式，但最大的缺点是它一次只能解调一个光栅。 ●广泛使用的方法是通过一个窄带可调光源照射布拉格光纤光栅，这个是Smart Fibres公司当前 产品的根本。此方法在“波分复用”章节进一步进行介绍。
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及调制解调布拉格反射的设备。
布拉格光纤光栅传感技术及其优势
变化
· 可使用一种倾斜滤光片（可以是另一种布拉格光栅）直接将波长变化转换为光强变化。如果此滤 光片随波长变化的透光比已知，那么，单模光栅上反射的窄带波长可通过测量和比较穿过和阻挡的光 波的强度即可确定。对于具有如下左下图所示的透射谱的滤光器，当布拉格波长从λ 1增加到λ 2时，减 少的透射强度及反射或阻挡的光波强度 Ir 会相应地增加。这是对布拉格光纤光栅进行解调的最简单 和最低廉的方式，但最大的缺点是它一次只能解调一个光栅。
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布拉格光纤光栅传感技术及其优势 试想一下安装很多传统电子应变传感器的情形：每个传感器需要黏合到待测结构上，然后将黏合焊盘与每 个需要黏合的传感器关联起来；然后需要在现场将每个传感器与其连接的焊盘焊接起来；然后需要在现场 将电缆焊接到所有的焊盘上并将电缆捋顺、固定连接到一系列仪器上；最后，在测量开始之前，需要对所 有传感器连接的电桥进行调平。 相比较而言，使用布拉格光纤光栅应变传感器，只需黏结很少的光纤到结构上，将它们连接到一个布拉格 光纤光栅调制解调仪上，仅按一个按钮即可获得应变阵列的读数，用作后续读书的参考值。 记住，仪器的安装需要技术人员，而将仪器安装在特定结构上是困难和昂贵的。显而易见，通过安装光纤 所节约的费用和时间是非常可观的。 Smart Fibres 公司致力于研究开发布拉格光纤光栅已有多年，并已针对各种结构的安装开发出一些解决方 案。
时分复用（TDM）设备的工作原理示意图。顶部：来自光源（a）的脉冲穿过耦合器（b）（此耦 合器也连接到检测器（c）），传输至包含布拉格光栅（e）的光栅； 底部：光源在t0时刻传出 的脉冲在与调制解调单元间距为l1, l2 和 l3布拉格光栅反射，并分别在t1, t2 和 t3 时刻返 回。 Smart Fibres 公司在成立之初就定位为致力于提供最高性价比的可调或扫描波分复用（WDM）技 术。
☆波分复用（WDM） 波分复用（WDM）的原理很简单：多个光栅组成一个单模光纤并且每个光栅具有不同的布拉
格波长，在实际操作过程中，通过如来自两种方法实现： ◇使用一宽带光源和一分光计进行检测。 ◇使用一灵敏可调光源或一波长经过扫描后的光源和一简单的光敏二极管检测器。 Smart Fibres公司的调制解调单元使用后一种方法，右图所示的为此方法的工作原理示意图。
内嵌光纤传感器的夹层碳纤维面板断面的放大图 复用技术 一条光纤可以刻入很多布拉格光栅，而一台多通道解调设备又可同时解调几百条光纤。与每个传感器都需 有一个专有通道的技术相比，使用波分复用技术可大大降低密集安装设备的价格。另外，光纤比电缆更小、 更轻，且可以复用，因而大规模的布拉格光纤光栅传感器可安装于因电缆的重量和体积所限而无法安装的 特定应用。 疲劳耐久性 经过对内嵌光纤传感器的碳化纤维试样进行测试发现，在经过100万次疲劳加载后，内嵌光纤传感器不会发 生疲劳或结合破坏。今后我们还会在玻璃纤维材料上进行测试，以证明嵌于风轮机叶片内的光纤传感器的 寿命可达到叶片25年的自身使用寿命。对于表面安装的应用，光纤更不容易发生结合破坏，与多数电子传 感器技术相比，对湿度和化学药品具有更强的适应能力。 安装容易且费用低廉
布拉格光纤光栅传感技术及其优势
布拉格光纤光栅传感技术及其优势
一．布拉格光纤光栅原理 布拉格光纤光栅（FBG）是一种使用强烈的紫外线激光以空间变化的方式而刻录在标准、单模
光纤中心的光学传感器。
UV Beam -- 紫外线激光束； FBG Region -- 布拉格光纤光栅区域； Fibre Core -- 光纤中心； FBG period Λ -- 布拉格光纤光栅周期； Fibre Cladding -- 光纤覆层； Polymer fibre coating -- 聚合物光纤涂层 短波长紫外线光子具有足够的能量打破高稳定度的氧化硅粘结料，破坏光纤的结构并轻微增 加其折射率。两条连续的激光束之间或光纤与其遮罩物的干涉，会使紫外线光产生强烈的空间周 期性变化，从而导致光纤的折射率相应地产生周期性的变化。在发生此变化的光纤区域形成的光 栅会变为一个波长选择镜像：光沿着光纤往下传播并在每个微小变化处发生反射，但这些反射会 在大多数波长上产生破坏性的干涉，并沿着光纤连续传播。然而，在某个特定的窄带波长范围内， 会产生有用的干涉，这些干涉会沿着光纤返回。 布拉格波长λ Β 由下式决定： λ Β =2neff Λ ...........(1) 这里，neff 为激光在光纤内传播的有效折射率；Λ 为布拉格光栅的周期。 从等式（1）可以看出，反射波长λ Β 会受到光栅区域的物理或机械特性的变化的影响。例如， 由于弹光效应，光纤上的应变会改变Λ 和neff. 类似地，由于热光效应，温度的变化会导致neff 的改变；对于非约束光纤，Λ 会受到热膨胀和热收缩的影响，如等式（2）所示。其中，等式右 边的第一项描述应变对λ Β 的影响，第二项描述温度对λ Β 的影响。 Δ λ Β = λ Β (1-ρ α )Δ ε + λ Β (α +ξ )Δ T .......(2) 式中，Δ λ Β 为布拉格波长的变化，ρ α , α 和 ξ 分别表示弹光系数、热膨胀系数和 热光系数，Δ ε 表示应变的变化，Δ T表示温度的变化。对于刻录在二氧化硅上波长为 λ B ≈ 1550 nm的典型光栅，应变和温度的灵敏度分别约等于1.2 pm/μ ε 和 10 pm/ºC。 尤为重要的是，等式（2）的两项条件是独立的，这意味着布拉格光纤光栅（FBG）可通过 将光纤与应变隔离，从而进行温度的测量；而具有温度补偿的应变测量可在温度确定的情况下进 行，这种温度的确定通常来源于另一种应变隔离式布拉格光纤光栅（FBG）。 布拉格光纤光栅（FBG）除了可用于应变和温度测量外，还可通过植入换能器，用于压力、加速 度、位移等测量。Smart Fibres公司不仅生产FBG传感器和换能器，还研发生产用于照射光纤以
波分复用设备工作原理示意图 2
布拉格光纤光栅传感技术及其优势 注解：a）光源，b）扫描滤波器，c）扫描发生器，d）1-4通道的耦合网络，e）布拉格光纤光栅 阵列，f）光电检测器，g）处理器 ，h）通道4上的检测器的时间变化，时间ti 转化成布拉格波 长λ λ i 扫描发生器用于调节光源，将光源在光纤上传播的任何给定波长范围内进行扫射。当此波长与布 拉格光纤光栅（FBG）的布拉格波长一致时，光会沿着光纤反射至光电探测器。同时，扫描发生 器将计时信号提供给处理器，让处理器将光强 vs 时间信息转换成光谱信息。处理器后续会进行 处理以识别此光谱的峰值，找出它们的峰值位置并将其转换为应变或温度。 ☆时分复用（TDM）