光纤光栅制作方法
光纤光栅制作方法<2> 3）chirp光纤光栅的制作a）两次曝光法这种方法可采用较简单的制作均匀光纤光栅的曝光光路。第一次曝光在光纤上并不形成光栅，而是仅形成一个渐变的折射率梯度，第二次曝光过程则是在第一次曝光区域上继续写入周期均匀的光栅，两次效应迭加便构成了一个chirp光栅。这种方法的优点是利用了制作均匀光栅的曝光光路，使得制作方法大大简化。b）光纤弯曲法这是在均匀光栅中引人光纤的机械变形，形成chirp光栅的一种方法，由于光纤的弯曲角度渐变，造成光栅的周期渐变。这种方法引入的chirp量不能过大，否则栅齿倾斜，会引起导模耦合成包层模而造成附加损耗。c）锥形光纤法这是利用锥形光纤形成chirp光栅的一种方法。可以在锥形光纤两端施加应力发生形变，然后写人均匀周期的光栅，应力释放后，由于锥体各部分的伸长形变不同，造成光栅周期的轴向发生均匀变化，形成chirp光栅。也可以先在锥形光纤上写人均匀光栅，然后再施加应力，可以得到相同的效果。d）应力梯度法与锥形光纤法原理相同，只是光纤中应力大小是通过将光纤粘在底座上的胶含量来调节。它的优点是可以分别调节中心波长和光栅的带宽，这对于制作高性能的色散补偿器具有重要的意义。e）复合chirp光栅法将一列不同周期的均匀光栅顺序写在光纤上，它最大限度地应用了制作均匀光纤光栅的工艺简单性，具有很大的灵活性。f）chirp光栅的全总干涉法制作这种制作chirp光栅的基本原理是通过在双光束全息光路系统中加入往面镜，使两束光的干涉角度沿着光纤轴向发生连续变化，从而造成光纤的纤芯折射率发生周期性渐变，形成chirp光纤光栅。4）新的光纤光栅制作方法a）直接写入法直接写入法是指在制作光纤光栅时，无须剥去光纤的涂覆层而直接在纤芯上写人光纤光栅的方法。此法关键是采用对紫外光透明的材料作为光纤的涂覆层。目前报道的光纤涂覆层有采用丙烯酸酯或general electric rtv615硅胶，通过加大紫外光强度、减小涂覆层厚度以及对光纤氢载等方法可以有效提高光纤光栅的写入时间。这种方法解决了以往传统方法中必须采用课光纤的弊端，减少了对光纤光栅制作完后要立即进行涂覆的工艺复杂性，具有很好的应用前景。b）在线成栅法这是最新出现的一种成栅方法。南安普敦大学的ldong等人采用脉冲单点激射的方法，首次实现了光纤拉制过程中写人光纤光栅的实验。它是在光纤拉制过程中在探光纤上直接写入光栅。通过对干涉系统中两束干涉光夹角的调节，可在线自动写入反射波长不同的一系列光纤光栅。使用这种方法，制造工艺简单，能连续大批量地制造光纤光栅，提高了光栅性能的稳定性，它的技术关键是要对所使用的准分子激光光束截面进行改进才能满足实用化的要求。c）光纤刻槽拉伸法用精密切割机对光纤进行周期性机械刻槽，用氢气火焰对v型槽区域的光泽进行拉伸退火，熔融玻璃表面应力的影响，以及v型槽一边的光纤的纤芯不平衡等因素，纤芯产生周期性的畸变，导致纤芯折射率的周期性变化。利用此方法已经成功研制成的长周期光纤光栅，具有很好的宽阻带特性（30nm），可应用于宽阻带滤波器的波分复用系统。这种方法的缺点是机械加工的精度要求较高，目前很少被采用。d）微透镜阵列法这种写入长周期光纤光栅方法的关键技术是采用一种微透镜阵列，将一平行的宽柬难分子激光聚焦成平行等间距的光条纹，投影到单模光纤上，其中相邻微透镜之间无间隙，其中心间距决定了写人光栅的空间周期。这种方法写入一个长周期光纤光栅仅需10s，大大提高了写入效率。通过控制写入时间和写入光栅的总长度，可以用同一块微透镜模板写入不同波长、不同透射率的长周期光栅。这种方法的缺点是做透镜模板制作非常困难，使它的应用受到了限制。e）用聚焦二氧化碳激光器写入lpg 采用10.6μm自由空间二氧化碳激光器对光纤直接曝光，通过计算机控制平移台，实现光纤的准直和固定及曝光间距的控制，可以写入不同周期的长周期光栅。这种方法无须采用紫外光，对光纤可以不用载氢处理，这种方法具有很好的应用前景。f）移动平台法利用一个周期不变的相位掩膜，可以写入调瞅、波长任意的光纤bragg光栅，通过改变光束的聚焦，可以写入阶跃chirp光栅。实验结构的主体包括两个移动平台，相位掩膜与光纤固定在一起，可以移动。改变两个透镜之间的距离就可以改变写入光纤的布拉格波长，控制每个基本光栅的曝光时间可控制切趾光栅剖面，这对于抑制反射谱中旁瓣的影响具有重要的意义。g）用聚焦离子束写入光纤光栅利用聚焦离子束（focused ion beam：fib）可以写入任意的光纤光栅结构，fib既可以采用研磨方式，也可以采用沉积方式。光栅研磨出的槽离纤芯只有几μm，研磨15～20个槽即可获得高的反射率，槽数越多反射越大。研磨方法简单但实现不易，常用的方法是用氟化氢腐蚀掉部分包层后开始研磨，但光纤研磨下来的物质充电沉积在研磨区，将会降低研磨效率，并且由于材料的再沉积，糟的深宽比将被限制在一个较小的值。研磨时间取决于研磨材料和束电流。这种方法的关键是要解决工艺难度，才有可能获得广泛的应用。3结束语对光纤通信而
言，光纤光栅具有体积小、插入损耗低、与通信光纤良好匹配等优点，被广泛应用于各种光器件中，此外它还不受电磁干扰、耐高温、抗腐蚀，适用于暴风雨及雷电环境下工作。光纤光栅技术成为近年来发展起来的一个全球性的研究热点，寻求最佳的光纤光栅制作方法无疑具有重要的意义。摘自《光纤与电缆》
光纤光栅制作与发展
光纤光栅的制作与发展 光纤材料的光敏性 光纤光栅的光敏性是指物质的物理或者化学性质在外部光的作用下发生暂时或永久性改变的材料属性。对光纤材料的光敏性而言，则是指折射率、吸收谱、内部应力、密度和非线性极化率等多方面的特性发生永久性改变。 石英材料的分子结构通常为四面体结构，每个硅原子通过形成共价键与四个氧原子相连。虽然Ge原子与Si原子同为四价元素，可以代替Si原子在石英玻璃四面体结构中的位置，但是 Ge的掺入仍将对石英玻璃的分子结构产生干扰并不可避免的形成缺陷中心。由于纯石英玻璃的吸收带位于160nm处，对波长在190nm以上一直到红外区的光具有大于90%的透过率。这些波长的光不会对石英材料的性质产生任何形式的影响，因此，光纤的光敏性与掺杂有关。 一般认为掺锗石英光纤材料的光敏现象源于缺陷中心。起初，曾认为光敏性仅能从掺锗光纤中出现，光栅不能从纯硅纤芯生长，OH基对光纤的光敏性不是必要的。但是后来实验表明，光敏性存在于众多种类的光纤。比如，基于硅基光纤的掺铕光纤，掺铈光纤，掺饵锗光纤，以及掺氟浩盐光纤的掺锶饵光纤等。 然而从实用的观点来看，最引人注意的光敏光纤就是广泛应用于通信产业和光传感领域的纤芯掺锗光纤。在光纤材料中掺锗以后将产生位于180nm，195nm，213nm，240nm，281nm，325nm，517nm等多个附加的吸收带，其中240nm 和195nm为强吸收带。240nm吸收带的宽度约为30nm，325nm吸收带的强度仅为240nm吸收带的1/1000。通常，对光纤材料光敏性研究主要集中在240nm 和193nm的紫外光波段上。
光纤材料的增敏技术 自光敏性的发现和第一次证实锗硅光纤中的光栅以来，增加光纤中的光敏性就成为了一个重要的考虑因素。标准单模通讯光纤中掺有3%的锗，典型的光致折射率变化为~3×10-5。由于光纤材料的光敏性与光纤的掺杂浓度基本上成正比关系，因此提高光纤材料感光性最直接的方法就是提高光纤芯区的锗掺杂浓度。一般地，增加掺锗浓度可导致~5×10-4的光致折射率变化。但是用这种方法提高光纤材料的光敏性有一个很大的不利因素，即增加光纤芯区含锗量将增大光纤芯区和包层折射率之差。为保证光纤只能进行单模传输，必须减少光纤的芯径。当芯区的锗含量很高时，光纤的芯径将要非常小，这将影响光敏光纤与普通单模光纤的匹配性能。 因此，寻求更为有效的光纤材料增敏方法具有非常重要的意义。提高光纤材料紫外感光特性的方法可以从以下几个方面考虑： （1）增加光纤材料中的缺陷浓度。 （2）在光纤材料中掺入具有较大紫外吸收系数的杂质。 （3）在光纤的芯区或包层中掺入适当杂质，尽可能增大二者之间的热特性失配度。 目前，已经有多种有效的光纤材料增敏方案在实验室应用。这些方案主要分为三种，即载氢技术、光纤还原法和多种掺杂。 载氢增敏技术 o C的氢气中，这种方法将氢气以分子形态扩散入光纤的芯区。载氢光纤在收到紫外光照射的时候或者加热时将引起氢气的与掺锗石英玻璃之间的化学反应，即H2分子在Si-O-Ge区发生变化，形成与折射率有关的Ge-OH，Si-OH，Ge-H，Si-H等化学键和缺氧锗缺陷中心，从而提高光纤材料的光致折射率变化，可
KO2005桥梁健康监测的无线光纤光栅应力传感器的设计
桥梁健康监测的无线光纤光栅应力传感器的设计 作者：吴皓莹， 姜德生 作者单位：吴皓莹(武汉理工大学信息工程学院,武汉 430070)， 姜德生(武汉理工大学光纤传感技术与信息处理教育部重点实验室,武汉 430070) 相似文献(10条) 1.学位论文孙田甜桥梁健康监测传感器的优化配置方法研究2008 传感器的优化配置是桥梁结构健康监测系统中重要的问题，应该做到使用尽量少的传感器获取尽可能多的结构信息。目前国内对于桥梁监测系统的研究多是针对大跨径、形式复杂的桥梁结构，并且主要是研究动力情况下的传感器优化配置，根据静力作用下的结构信息进行优化配置的方法很少。另一方面，这些研究多是在确定了传感器数目的情况下优化位置，而对于传感器数目如何确定的问题讨论不多。 本文首先选择用遗传算法作为优化配置的工具，在此基础上提出单亲遗传算法及改进后的单亲遗传算法以更好地适应传感器优化配置问题的特点。然后尝试借鉴无线传感网络中监测半径及覆盖概率的概念，将其和结构在静力作用下的反应信息相结合，提出一种目标函数来作为优化的依据。该目标函数包括了传感器和结构两方面信息。 优化方法的目标函数确定后，提出了在静力情况下先优化传感器数目后优化传感器位置的方法，步骤如下：首先得到各节点处的结构信息和检测概率，然后通过计算确定监测半径，之后应用单亲遗传算法在代数较少的情况下观察适应度值随传感器数目变化的趋势，由此确定传感器的数目。当传感器数目确定后，用改进的单亲遗传算法结合前面提出的目标函数配置传感器的位置。最后对洛旺河大桥工程采用本文提出的传感器优化配置方法进行了传感器优化配置。 2.期刊论文吴小平.WU Xiao-ping桥梁健康监测中的传感器选型与设计-山西建筑2007,33(25) 结合桥梁健康监测的发展,简要评述了一些传统和新型传感器的性状功能,并对传感器的选型原则与设计要点进行了初步探讨,指出除满足一般技术特性要求外,更多的要考虑到系统的功能性、鲁棒性、相容性及扩展性要求. 3.学位论文左云茅草街大桥健康监测方案以及传感器优化布置的研究2005 为了避免或减小桥梁在运营期间由于各种原因出现损伤破坏而造成的损失，必须对桥梁结构采取有效的监测手段，桥梁健康监测也就逐渐受到各界的关注。 本文首先介绍了桥梁健康监测的基本内容，对一些基本概念作出了注解，尤其是对国内外近年来桥梁健康监测发展情况做了介绍。并且针对目前我国桥梁健康监测的发展形势提出了自己的一些看法。相对于斜拉桥和悬索桥，拱桥的健康监测在我国还处于滞后阶段。因此本文着重研究了益阳茅草街大桥——目前我国最大跨径的无推力中承式钢管混凝土拱桥的健康监测布设方案。其中，成功将遗传算法的适应度函数应用于寻求拱桥主要构件传感器最优布点。 接下来本文介绍了目前传感器优化布设的研究情况。传感器的优化布设作为目前桥梁健康监测的一个研究热点，已经引起了许多学者的广泛关注。在这一部分里本文介绍了传感器优化布设的一些常用的算法和方法。 然后本文利用遗传算法寻求茅草街大桥桥面板、拱肋上的传感器最优布点。用Ansys软件对茅草街大桥建立简单的模型后，对这两个不同的构件采用了两种不同的适应度函数进行优化计算。计算过程利用Fortran语言编写了迭代计算的程序。最终得到了优化后的传感器布测方案。这种计算方法是可以在同类型桥梁的健康监测中推广应用的。 本文还针对茅草街大桥提出了两套健康监测方案。首先是没有对桥梁主要构件的传感器做优化布设，仅仿照青马大桥的方案采用GPS(全球定位系统)结合传感器的简单方案。然后是利用前面对桥面板和拱肋的优化计算结果对全桥提出的详细布设方案。通过两种方案的比较，可以看出优化后的方案的成本得到了有效的降低，同时这种方案也完全能够达到监测桥梁健康状况的目的。 根据本文的研究，将遗传算法应用于寻求拱桥的主要构件的传感器最优布点是完全可行并且行之有效的。这种算法还可以推广到其他各类型拱桥的健康监测中去，而且还可以为其他类型大跨桥梁、组合桥梁的健康监测方案提供借鉴与参考。 4.期刊论文王廷臣.Wang Tingchen传感器在桥梁健康监测中的优化布设研究-石家庄铁道学院学报2006,19(3) 介绍了传感器最优布设在桥梁健康监测中的应用研究,并提出一整套传感器优化布设方案,从而能够迅速有效地从具有多个自由度的复杂结构模型中,选择出关键的测点位置. 5.学位论文刘文涛斜拉桥振动模态测试中的传感器优化布设2006 基于振动模态分析的结构损伤识别方法在桥梁健康监测领域具有广阔的应用前景，许多学者都在从事这一方面的研究。但其有效性的基础是建立在模态测试的准确性上，而传感器布设的位置、数量对测试结果起决定作用。因此研究如何将有限数量的传感器配置在最优位置，可为斜拉桥振动模态测试数据的可靠性提供保障，为动力反分析提供有力支持。 本文论述了斜拉桥振动模态测试中传感器优化配置的意义，研究进展及发展现状；重点研究了适用于土木工程中的两种传感器优化布置方法，第一种是有效独立法，第二种是基于模态置信度矩阵MAC的逐步累积法；结合巴东长江公路大桥首先建立其完整的空间有限元模型，并对其进行有限元模态分析，取得传感器优化布置计算所需节点的各阶振型竖向位移模态数据；进而采用有效独立法和MAC法分别研究斜拉桥振动模态测试中传感器的合理布置方案。 通过布置结果分析认为，本文介绍的传感器优化布置方法理论合理、方便可行。该方法可为斜拉桥振动监测中传感器的优化布置提供理论依据和方便快捷的实现工具，具有一定的实际应用价值。 6.期刊论文孙家升.刘信斌FBG传感器在桥梁健康监测中的应用研究-四川建筑2008,28(3) 从FBG传感器的基木特点、组成、布设原则、安装方法、工作原理几个方面阐述了FBG传感器在桥梁健康监测中的应用,最后指出FBG传感器在桥梁健康监测方面的优势和实际应用中应解决的问题. 7.学位论文韩涛基于振弦传感器的桥梁应力监测系统设计2009 随着经济的飞速发展，我国桥梁建设取得了令人瞩目的巨大成就。但是由于外界环境等因素的影响，桥梁结构不可避免地出现损伤积累和抗力衰减。如何及时、准确地检测桥梁的健康状况，越来越引起人们的关注。桥梁结构健康监测的作用是通过对桥梁结构状态的监测与评估，为桥梁在特殊气候、特殊交通条件下或运营状况严重异常时触发预警信号，分析评估桥梁的使用寿命，并为桥梁的养护、维修与管理决策提供科学的依据。 本文首先介绍了桥梁应力监测的研究背景和国内外的发展现状，指出了与传统的监测方法相比本方法所具有的优点。然后对振弦传感器的特性进行了深入的研究，分析了振弦传感器的工作原理和温度特性，进而为振弦的温度补偿原理提供了理论依据。接着通过分析系统功能需求和比较各种采集方式的优缺点，提出了一种分散采集集中管理的系统结构，该结构包括现场数据采集子系统、远程传输子系统和监控中心子系统三部分。最后根据振弦传感器的工作原理完成整个系统的硬件电路和软件的设计，并重点设计了振弦式传感器的激振电路、测频电路和温度调理电路，传感器的激振采用软件扫频激振技术，传感器的测频采用等精度测频方法。另外考虑到温度对振弦的影响，采用比值采样法和电压频率转换实现温度的测量，从而实现温度的补偿。整个系统在上位机端和下位机端分别设计了RS—485总线接口，通过RS—485/RS—232转换电路，实现了PC机与单片机之间的远程数据采集和控制。在硬件设计的基础上，对系统进行了软件设计，软件部分包括下位机单片机程序的设计、上位机监控软件的设计以及上位机与下位机通讯程序的设计。 纵观全文，本文针对桥梁结构健康监测现状，以实时性、长期性和精确性为目标，设计了一种以振弦式传感器为检测组件，又充分运用微处理器技术、现代通信技术、计算机技术，实现了对监测信号的多点采集、数据可靠传输、综合处理及监测过程的控制，进而对桥梁结构的健康状态做出正确的评估，这对许多工程的施工建设与安全监测维护具有理论意义及实际指导意义。
光纤光栅应力传感器工作原理之令狐文艳创作
四、光纤光栅应力传感器工作原理 令狐文艳 光纤光栅技术是利用紫外曝光技术在光纤芯中引起折射率的周期性变化而形成的。光纤光栅中折射率分布的周期性结构，导致某一特定波长光的反射，从而形成光纤光栅的反射谱。光纤光栅应力传感器通常是将光纤光栅附着在某一弹性体上，同时进行保护封装。反射光的波长对温度、应力和应变非常敏感，当弹性体受到压力时时, 光纤光栅与弹性体一起发生应变，导致光纤光栅反射光的峰值波长漂移，通过对波长漂移量的度量来实现对温度、应力和应变的感测。其工作原理如图1 图1给出了光纤光栅应力传感器与波长解调仪组成的应力 测量系统。它主要 由四个部分组成，第一部分为宽带光源，第二部分为光纤光栅应力传感器， 光纤光栅传感测量系统由四个部分组成，第一部分为宽带 光源，第二部分为光纤光栅应力传感器，第三部分为基于可调 F-P 滤波器的波长解调仪，第四部分为计算机及软件分析处理 系统。图中给出等间隔分布多个光纤光栅应力传感器，这些光 计算机 波长解调仪 宽带光源 耦合器 光纤光栅应力传感器 图1测量系统光路示意图 光隔离器 扫描电压 抖动信号 可调F-P 滤波器 混合器 LP 滤波器
纤光栅通常要进行串接。由宽带光源发出的宽带光信号经过隔离器和3dB耦合器传输到串接的传感光栅上，经过这些光纤光栅的波长选择后，一组不同波长的窄带光被反射，反射光再次经过3dB耦合器由波长解调仪接收，经过波长解调仪对这些波长进行识别，得到一组应力传感信息，当边坡内部应力发生变化时，通过光栅解调器检测出波长的变化即应力变化，之后输入到计算机进行数据分析处理，最后得到边坡受到压力的分布状况，根据监测对象内部变化情况，判断是否会产生塌方，起到报警作用。
光纤光栅原理及应用
光纤光栅传感器原理及应用 （武汉理工大学） 1光纤光栅传感原理 光纤光栅就是利用紫外光曝光技术，在光纤中产生折射率的周期分布，这种光纤内部折射率分布的周期性结构就是光纤光栅。光纤布喇格光栅（Fiber Bragg grating ，FBG ）在目前的应用和研究中最为广泛。光纤布喇格光栅，周期0.1微米数量级。FBG 是通过改变光纤芯区折射率，周期的折射率扰动仅会对很窄的一小段光谱产生影响，因此，如果宽带光波在光栅中传输时，入射光将在相应的波长上被反射回来，其余的透射光则不受影响，这样光纤光栅就起到了波长选择的作用，如图1。 图1 FBG 结构及其波长选择原理图 在外力作用下，光弹效应导致折射率变化，形变则使光栅常数发生变化；温度变化时，热光效应导致折射率变化，而热膨胀系数则使光栅常数发生变化。 （1）光纤光栅应变传感原理 光纤光栅反射光中心波长的变化反映了外界被测信号的变化情况，在外力作用下，光弹效应导致光纤光栅折射率变化，形变则使光栅栅格发生变化，同时弹光效应还使得介质折射率发生改变，光纤光栅波长为1300nm ，则每个με将导致1.01pm 的波长改变量。 （2）光纤光栅温度传感原理 光温度变化时，热光效应导致光纤光栅折射率变化，而热膨胀系数则使光栅栅格发生变化。光纤光栅中心波长为1300nm ，当温度变化1摄氏度时，波长改变量为9.1pm 。 反射光谱 入射光谱 投射光谱 入射光 反射光 投射光 包层 纤芯 光栅 光栅周期
2光纤光栅传感器特点 利用光敏元件或材料，将被测参量转换为相应光信号的新一代传感技术，最大特点就是一根光纤上能够刻多个光纤光栅，如图2所示。 光纤光栅传感器可测物理量： 温度、应力/应变、压力、流量、位移等。 图2 光纤光栅传感器分布式测量原理 光纤光栅的特点： ● 本质安全，抗电磁干扰 ● 一纤多点（20-30个点），动态多场：分布式、组网测量、远程监测 ● 尺寸小、重量轻； ● 寿命长: 寿命 20 年以上 3目前我校已经开展的工作（部分） 3.1 基于光纤光栅传感的旋转传动机械动态实时在线监测技术与系统 利用光纤光栅传感技术的特性，实现转子运行状态的非接触直接测量。 被测参量 宽带光源 光纤F-P 腔 测点1 测点2 测点3 测点n 波长 光 强 λ1 测点1 λ2 测点2 λ3 测点3 λn 测点n 光源波长
光纤光栅制作方法
光纤光栅制作方法<2> 3）chirp光纤光栅的制作a）两次曝光法这种方法可采用较简单的制作均匀光纤光栅的曝光光路。第一次曝光在光纤上并不形成光栅，而是仅形成一个渐变的折射率梯度，第二次曝光过程则是在第一次曝光区域上继续写入周期均匀的光栅，两次效应迭加便构成了一个chirp光栅。这种方法的优点是利用了制作均匀光栅的曝光光路，使得制作方法大大简化。b）光纤弯曲法这是在均匀光栅中引人光纤的机械变形，形成chirp光栅的一种方法，由于光纤的弯曲角度渐变，造成光栅的周期渐变。这种方法引入的chirp量不能过大，否则栅齿倾斜，会引起导模耦合成包层模而造成附加损耗。c）锥形光纤法这是利用锥形光纤形成chirp光栅的一种方法。可以在锥形光纤两端施加应力发生形变，然后写人均匀周期的光栅，应力释放后，由于锥体各部分的伸长形变不同，造成光栅周期的轴向发生均匀变化，形成chirp光栅。也可以先在锥形光纤上写人均匀光栅，然后再施加应力，可以得到相同的效果。d）应力梯度法与锥形光纤法原理相同，只是光纤中应力大小是通过将光纤粘在底座上的胶含量来调节。它的优点是可以分别调节中心波长和光栅的带宽，这对于制作高性能的色散补偿器具有重要的意义。e）复合chirp光栅法将一列不同周期的均匀光栅顺序写在光纤上，它最大限度地应用了制作均匀光纤光栅的工艺简单性，具有很大的灵活性。f）chirp光栅的全总干涉法制作这种制作chirp光栅的基本原理是通过在双光束全息光路系统中加入往面镜，使两束光的干涉角度沿着光纤轴向发生连续变化，从而造成光纤的纤芯折射率发生周期性渐变，形成chirp光纤光栅。4）新的光纤光栅制作方法a）直接写入法直接写入法是指在制作光纤光栅时，无须剥去光纤的涂覆层而直接在纤芯上写人光纤光栅的方法。此法关键是采用对紫外光透明的材料作为光纤的涂覆层。目前报道的光纤涂覆层有采用丙烯酸酯或general electric rtv615硅胶，通过加大紫外光强度、减小涂覆层厚度以及对光纤氢载等方法可以有效提高光纤光栅的写入时间。这种方法解决了以往传统方法中必须采用课光纤的弊端，减少了对光纤光栅制作完后要立即进行涂覆的工艺复杂性，具有很好的应用前景。b）在线成栅法这是最新出现的一种成栅方法。南安普敦大学的ldong等人采用脉冲单点激射的方法，首次实现了光纤拉制过程中写人光纤光栅的实验。它是在光纤拉制过程中在探光纤上直接写入光栅。通过对干涉系统中两束干涉光夹角的调节，可在线自动写入反射波长不同的一系列光纤光栅。使用这种方法，制造工艺简单，能连续大批量地制造光纤光栅，提高了光栅性能的稳定性，它的技术关键是要对所使用的准分子激光光束截面进行改进才能满足实用化的要求。c）光纤刻槽拉伸法用精密切割机对光纤进行周期性机械刻槽，用氢气火焰对v型槽区域的光泽进行拉伸退火，熔融玻璃表面应力的影响，以及v型槽一边的光纤的纤芯不平衡等因素，纤芯产生周期性的畸变，导致纤芯折射率的周期性变化。利用此方法已经成功研制成的长周期光纤光栅，具有很好的宽阻带特性（30nm），可应用于宽阻带滤波器的波分复用系统。这种方法的缺点是机械加工的精度要求较高，目前很少被采用。d）微透镜阵列法这种写入长周期光纤光栅方法的关键技术是采用一种微透镜阵列，将一平行的宽柬难分子激光聚焦成平行等间距的光条纹，投影到单模光纤上，其中相邻微透镜之间无间隙，其中心间距决定了写人光栅的空间周期。这种方法写入一个长周期光纤光栅仅需10s，大大提高了写入效率。通过控制写入时间和写入光栅的总长度，可以用同一块微透镜模板写入不同波长、不同透射率的长周期光栅。这种方法的缺点是做透镜模板制作非常困难，使它的应用受到了限制。e）用聚焦二氧化碳激光器写入lpg 采用10.6μm自由空间二氧化碳激光器对光纤直接曝光，通过计算机控制平移台，实现光纤的准直和固定及曝光间距的控制，可以写入不同周期的长周期光栅。这种方法无须采用紫外光，对光纤可以不用载氢处理，这种方法具有很好的应用前景。f）移动平台法利用一个周期不变的相位掩膜，可以写入调瞅、波长任意的光纤bragg光栅，通过改变光束的聚焦，可以写入阶跃chirp光栅。实验结构的主体包括两个移动平台，相位掩膜与光纤固定在一起，可以移动。改变两个透镜之间的距离就可以改变写入光纤的布拉格波长，控制每个基本光栅的曝光时间可控制切趾光栅剖面，这对于抑制反射谱中旁瓣的影响具有重要的意义。g）用聚焦离子束写入光纤光栅利用聚焦离子束（focused ion beam：fib）可以写入任意的光纤光栅结构，fib既可以采用研磨方式，也可以采用沉积方式。光栅研磨出的槽离纤芯只有几μm，研磨15～20个槽即可获得高的反射率，槽数越多反射越大。研磨方法简单但实现不易，常用的方法是用氟化氢腐蚀掉部分包层后开始研磨，但光纤研磨下来的物质充电沉积在研磨区，将会降低研磨效率，并且由于材料的再沉积，糟的深宽比将被限制在一个较小的值。研磨时间取决于研磨材料和束电流。这种方法的关键是要解决工艺难度，才有可能获得广泛的应用。3结束语对光纤通信而
光纤光栅的制作与应用
目录 摘要 (1) 引言 (2) 1.光纤光栅制作方法 (2) 1.1光纤光栅的特点 (2) 1.2光纤光栅的分类 (4) 1.2.1按其空间周期和折射率系数分布特性 (4) 1.2.2根据光纤光栅的成栅机理 (5) 1.3光栅光纤的制备 (6) 1.4成栅的紫外光源 (7) 1.5成栅方法 (8) 1.5.1短周期光纤光栅的制作 (8) 1.5.2长周期光纤光栅的制作 (10) 2光纤光栅的应用 (11) 2.1光纤光栅在光纤通信系统中的应用 (13) 2.1.1有源器件 (13) 2.1.2无源器件 (13) 2.2可见光纤光栅的应用 (13) 2.2.1光源 (14)
2.2.2光纤放大器 (15) 2.2.3色散补偿器 (15) 2.2.4光分插复用器（OADM） (16) 2.2.5光终端复接器（OTM） (17) 2.2.6波长交换 (18) 3发展前景展望 (19) 参考文献 (21)
摘要：近年来，各种新的光纤光栅写入方法成出不穷，各种新型光纤光栅及其应用领域不断涌现，而且光纤光栅的制作技术与其应用领域有着密切的联系。本文主要综述了光纤光栅的制作技术及其一些特种光栅制作方法的最新进展。 为了介绍各种光光纤光栅制作方法的应用领域，本文首先介绍了光纤光栅的光学特性，光敏光纤的制备方法和所需光源等知识。对于光纤的制作技术，分别说明了短周期光纤光栅（FBG），长周期光纤光栅（LFPG）的各种写入方法，啁啾光纤光栅和切趾光纤光栅以其独到的优势而备受关注，因此，本文也对他们的特殊写入方法进行了阐述。并比较了各自的优缺点。 目前，光纤光栅具有附加损耗小、体积小、能与光纤很好地耦合、可与其他光纤器件融成一体等特性，是全光网中的关键技术器件。光纤光栅技术可以为全光通信系统中光源、光放大、色散补偿、光终端复接器（OTM）、光交叉连接（OXC）等关键部件提供解决方案。本文介绍了光纤光栅在全光网络中所发挥的作用，阐述了光纤光栅的特点，对光纤光栅进行了分类，着重分析了光纤光栅在光通信系统中的典型应用，并对其发展前景作出了展望。 关键词：光纤光栅成栅机理光纤无源器件全光通信
光纤光栅传感器及其发展趋势
【摘要】光纤光栅是现代光纤传感中应用最广泛的器件与技术。自1978年加拿大渥太华研究中心利用光纤的光敏效应成功制成第一根光纤光栅以来，光纤光栅传感器便因为体积小、重量轻、检测分辨率高、灵敏度高、测温范围宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等特点及其具有本征自相干能力强和能在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参量分布式区分测量的独特优势而被广泛应用于各行各业。本文先对光纤光栅传感器的工作原理及其分类进行论述，接着简述光纤光栅传感器的一些重要应用，然后对光纤光栅传感器的研究方向进行简单分析，最后是小结和展望。 【关键词】传感器；光纤光栅传感器；光纤光栅传感技术 一、光纤光栅传感器的工作原理及其分类 光纤光栅是利用光致折射率改变效应，使纤芯折射率沿轴向产生周期性变化，在纤芯内形成空间相位光栅。光纤光栅传感器目前研究的主要有三种类型：一是利用光纤布喇格光栅（FBG ）背向反射特征制作的传感器；二是利用长周期光纤光栅（LPG ）同向透射特征制作的传感器；三是利用啁啾光纤光栅色散补偿特征制作的传感器。下面将对这三种传感器的传感机理进行简单概述。 1.1 光纤布喇格光栅传感原理 光纤布喇格光栅纤芯轴向的折射率呈现周期性变化，其作用的实质相当于是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜。如图1-1所示，当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布喇格条件的波长将产生反射，其余的波长将透过光纤光栅继续往前传输。 图1-1 光纤布喇格光栅原理图 光纤布喇格光栅反射谱的中心波长B λ满足 Λ=eff n 2B λ 其中，eff n 为有效折射率，Λ为光纤光栅栅距。 光纤光栅的栅距是沿光纤轴向分布的，因此在外界条件诸如温度、压力等的作用下，光
光纤光栅应力传感器工作原理
四、光纤光栅应力传感器工作原理 光纤光栅技术是利用紫外曝光技术在光纤芯中引起折射率的周期性变化而形成的。光纤光栅中折射率分布的周期性结构，导致某一特定波长光的反射，从而形成光纤光栅的反射谱。光纤光栅应力传感器通常是将光纤光栅附着在某一弹性体上，同时进行保护封装。反射光的波长对温度、应力和应变非常敏感，当弹性体受到压力时时, 光纤光栅与弹性体一起发生应变，导致光纤光栅反射光的峰值波长漂移，通过对波长漂移量的度量来实现对温度、应力和应变的感测。其工作原理如图1 图1给出了光纤光栅应力传感器与波长解调仪组成的应力测量系统。它主要 由四个部分组成，第一部分为宽带光源，第二部分为光纤光栅应力传感器， 光纤光栅传感测量系统由四个部分组成，第一部分为宽带光源，第二部分为光纤光栅应力传感器，第三部分为基于可调F-P 滤波器的波长解调仪，第四部分为计算机及软件分析处理系统。图中给出等间隔分布多个光纤光栅应力传感器，这些光纤光栅通常要进行串接。由宽带光源发出的宽带光信号经过隔离器和3dB 耦合器传输到串接的传感光栅上，经过这些光纤光栅的波长选择后，一组不同波长的窄带光被反射，反射光再次经过3dB 耦合器由波长解调仪接收，经过波长解调仪对这些波长进行识别，得到一组应力传感信息，当边坡内部应力发生变化时，通过光栅解调器检测出波长的变化即应力变化，之后输入到计算机进行数据分析处理，最后得到边坡受到压力的分布状况，根据监测对象内部变化情况，判断是否会产生塌方，起到报警作用。 计算机 波长解调仪 宽带光源 耦合器 光纤光栅应力传感器 图1测量系统光路示意图 光隔离器 扫描电压 抖动信号 可调F-P 滤波器 混合器 LP 滤波器
光纤光栅制作与发展
光纤光栅的制作与发展 １.1 光纤材料的光敏性 光纤光栅的光敏性是指物质的物理或者化学性质在外部光的作用下发生暂时或永久性改变的材料属性。对光纤材料的光敏性而言，则是指折射率、吸收谱、内部应力、密度和非线性极化率等多方面的特性发生永久性改变。 石英材料的分子结构通常为四面体结构，每个硅原子通过形成共价键与四个氧原子相连。虽然Ge原子与Si原子同为四价元素，可以代替Si原子在石英玻璃四面体结构中的位置,但是Ｇe的掺入仍将对石英玻璃的分子结构产生干扰并不可避免的形成缺陷中心。由于纯石英玻璃的吸收带位于１6０nｍ处，对波长在１90nｍ以上一直到红外区的光具有大于90%的透过率。这些波长的光不会对石英材料的性质产生任何形式的影响，因此,光纤的光敏性与掺杂有关。 一般认为掺锗石英光纤材料的光敏现象源于缺陷中心。起初,曾认为光敏性仅能从掺锗光纤中出现,光栅不能从纯硅纤芯生长,OＨ基对光纤的光敏性不是必要的。但是后来实验表明，光敏性存在于众多种类的光纤。比如,基于硅基光纤的掺铕光纤,掺铈光纤,掺饵锗光纤,以及掺氟浩盐光纤的掺锶饵光纤等。 然而从实用的观点来看,最引人注意的光敏光纤就是广泛应用于通信产业和光传感领域的纤芯掺锗光纤。在光纤材料中掺锗以后将产生位于１80nm，195ｎm，2１３nm,24０nm,281nｍ，32５ｎｍ,5１7nm等多个附加的吸收带，其中2４0nm和195nｍ为强吸收带。240nm吸收带的宽度约为３0nｍ，32５nm吸收带的强度仅为240nm吸收带的1/1000。通常，对光纤材料光敏性研究主要集中在240nｍ和193ｎm的紫外光波段上。 １.2光纤材料的增敏技术 自光敏性的发现和第一次证实锗硅光纤中的光栅以来，增加光纤中的光敏性就成为了一个重要的考虑因素。标准单模通讯光纤中掺有3％的锗，典型的光致折射率变化为~3×１0-5。由于光纤材料的光敏性与光纤的掺杂浓度基本上成正比关系,因此提高光纤材料感光性最直接的方法就是提高光纤芯区的锗掺杂浓度。一般地,增加掺锗浓度可导致~5×1０-4的光致折射率变化。但是用这种方法提高光纤材料的光敏性有一个很大的不利因素,即增加光纤芯区含锗量将增大光纤芯区和包层折射率之差。为保证光纤只能进行单模传输，必须减少光纤的芯径。当芯区的锗含量很高时,光纤的芯径将要非常小，这将影响光敏光纤与普通单模光纤的匹配性能。 因此,寻求更为有效的光纤材料增敏方法具有非常重要的意义。提高光纤材料紫外感光特性的方法可以从以下几个方面考虑： （1）增加光纤材料中的缺陷浓度。 （2）在光纤材料中掺入具有较大紫外吸收系数的杂质。 （3）在光纤的芯区或包层中掺入适当杂质，尽可能增大二者之间的热特性失配度。 目前，已经有多种有效的光纤材料增敏方案在实验室应用。这些方案主要分为三种，即载氢技术、光纤还原法和多种掺杂。 1.2.1 载氢增敏技术 199３年,AT＆ＴBelｌ实验室的Ｐ.J.Leｍaire等人首次引入了掺锗石英光纤材料的载氢增敏技术。掺锗3ｍoｌ%的光纤被放入气压为2.0～7６MPa(典型值为15MＰa），温度为2０~7５ｏC的氢气中，这种方法将氢气以分子形态扩散入光纤的芯区。载氢光纤在收到紫外光照射的时候或者加热时将引起氢气的与掺锗石英玻璃之间的化学反应,即H2分子在Si-O-Ｇe 区发生变化，形成与折射率有关的Ge-OH，Ｓｉ-OＨ,Ge－Ｈ，Si-H等化学键和缺氧锗缺陷
光纤光栅应变传感器产品及监测实例
光纤光栅应变监测 监测原理 光纤光栅就是一段光纤，其纤芯中具有折射率周期性变化的结构。根据模耦合理论， Λ=n B 2λ的波长就被光纤光栅所反射回去（其中λ B 为光纤光栅的中心波长，Λ为光栅周 期，n 为纤芯的有效折射率）。 图1 光纤光栅的结构 反射的中心波长信号λB ，跟光栅周期Λ，纤芯的有效折射率n 有关，所以当外界的被测量引起光纤光栅温度、应力改变都会导致反射的中心波长的变化。也就是说光纤光栅反射光中心波长的变化反映了外界被测信号的变化情况。当布喇格光纤光栅做探头测量外界的温度、压力或应力时，光栅自身的栅距发生变化，从而引起反射波长的变化，解调装置即通过检测波长的变化推导出外界被测温度、压力或应力。 性能指标
主要特点 ★可靠性好、抗干扰能力强 ★ 测量精度高 ★ 分布式测量，测量点多，测量范围大。 ★ 传感头结构简单、尺寸小 ★ 抗电磁干扰、抗腐蚀、适于恶劣的化学环境 下工作。 ★ 系统安装使用过程中无需定标，使用寿命可 达25年以上，适用于长期监测。 应用领域 航空航天器、石油化学工业设备、电力设备、船舶结构、建筑结构、桥梁结构、医疗器具、核反应堆结构等 工程实例
采用光纤监测混凝土大管桩在施工过程中的应变结果分析 舟山万邦永跃船舶修造有限公司30万吨级舾装码头船坞应变监测 徐州矿务局张双楼煤矿主通风井冻法施工安全监测 内蒙古多伦电厂桩基静载测试 马来西亚宾城跨海大桥桩基承载力检测 深表土冻结外井壁光纤应力实测分析 监测点布置总体原则 为掌握竖井壁变形动态，并在今后继续发挥其安全预警作用，应布设较为全面完整的多方位监测体系，从而最大限度的发挥光纤光栅传感器的功能，经初步分析，井壁可能的变形主要包括：井壁受周围粘土挤压产生应变；应变引起井壁相对位移（井壁收敛）；深度不同引起叠加位移等，另外因采用冻法施工，井壁壁后温度也是影响作业面及支护初期安全的重要要素，这些要素很有可能成为护壁破坏失稳、发生恶性事故的诱发条件。综上述，竖井监测系统设计的总体原则是： 采用多层、多向监测的方法，在关键点（层）布置光纤应变、温度传感器，监测内容包括：井壁应变监测、壁后温度监测。 现场工况较为潮湿，施工线路较多，监测设备应具有很好的防水、防电磁干扰性能； 现场采集数据难度大，应采用微机室内实时采集的方式（数据采集中心）； 做好充足施工前准备工作，保证设备安装迅速，准确，不影响现场正常施工。 监测内容的确定 （1）应变监测：计划3层，分别位于170.0m、195.0m、220.0m（根据实际支模板时按照施工工艺做适当调整），每层布设监测点5个。监测点布置图见附图一，可与业主协商增加或减少监测层数、点数。 （2）温度监测：计划3层，分别位于170.0m、195.0m、220.0m（根据实际支模板时按照施工工艺做适当调整），每层布设监测点5个(与应变传感器处于同一位置靠外侧)。 （3）安装应变传感器时应考虑每层至少1个为竖井纵向方向安置。 （4）施工过程中可根据监测数据分析结果调整各阶段监测内容。 监测周期的确定 从前述本监测项目任务可以看到，本监测项目数据采集部分分为两个阶段，一为竖井开挖粘土层施工过程中的监测，二为粘土层通过后的监测。在施工过程中，为了做到全面掌握
光纤光栅(FBG)传感技术在轨道变形监测中的应用
光纤光栅（FBG）传感技术在轨道变形监测中的应用 摘要：近年来，随着我国城市建设的发展，许多大城市开始修建地铁。变形监 测已成为地铁工程的重要环节，它不仅为安全施工提供相关信息和依据，也为工 程理论与实践研究提供宝贵的第一手资料。光纤光栅（FBG）传感技术具有精度高、准分布、实时性、耐腐蚀及抗电磁干扰等独特优势，已在众多工程监测领域 中得到应用。 关键词：光纤光栅（FBG）；轨道变形监测；FBG传感器 1、FBG 传感原理 光纤Bragg光栅是利用紫外光曝光的方法将入射光的相干场图形写入纤芯， 使纤芯的折射率发生周期性变化，使其产生周期性调制，从而在单模光纤的纤芯 内形成永久性空间相位光栅。FBG的基本原理是当光栅受到拉伸、挤压及热变形时，检测光栅反射信号的变化。以工程结构的应变监测为例，荷载由结构传递至 纤芯的光栅区域，导致光栅区域内栅距发生变化，从而使纤芯的折射率随之变化，进而引起反射波长的变化，通过测量反射波长的变化便可得出被测结构的应变变化。 FBG是一种在由光纤刻制而成的波长选择反射器，其背向反射光中心波长λB 与纤芯的有效折射率neff 和刻制的栅距（周长）Λ有关，即 根据光纤光栅传感器原理（图1）可知，该传感器在变形监测中可以测试地 基沉降、地面沉降、高层建筑沉降、初支拱架内力、应力应变、实时温度等监测 项目。 2、FBG光纤传感系统的应用 ① 光纤光栅地面沉降监测 1）周期测试功能：地质灾害监测系统的波长解调与分析模块以用户指定的测 试周期连续不断地对监测对象进行数据采集和分析，并且建立测量数据的历时数 据库。2）点名测试功能：根据用户指定的测试对象或测试区域，进行快速的定 位测试，并且给出数据分析的结果。3）报警监测功能：由用户设置监测对象的 被测物理量监测控制值，对监测对象进行超控制值报警或超变化速率报警，将告 警信息远程传输到监测中心或者管理人员。4）监测数据分析、远传与组网监测 功能。通过对监测数据的分析，进行快速定位。所有的测量数据及数据分析结果 都通过数据通信模块传输到监测中心或管理人员。因此监测系统可以根据用户需 要来组建区域监测网。 ② 光纤光栅锚索内力监测 对预应力锚索、预应力钢绞线进行应变监测，能够对支护结构的预应力损失 进行直观的监测。 基于波分复用技术，一根光纤同时串联多个传感器，组成分布式锚索内力监 测系统。在应力监测系统中，光纤光栅传感器串联，统一就近接入到控制中心的 光纤光栅传感网络分析仪中，该分析仪能够对采集到的数据进行分析、保存和打 印等，这样监测人员就能够获取可靠的信息，并且可以采取相应的措施，获得的 数据和测试结果就能通过网络传输，达到远程监控的目的。 ③ 隧道应变及孔隙水压力监测
光纤光栅在线监测系统
光纤光栅在线监测系统 FBG-9900光纤光栅在线监测系统
引言 光纤传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒介，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒介的光纤，具有一系列独特的，其它载体和媒介难以相比的有点。具有本身不带电，体积小，质量轻，易弯曲，可靠性好，测量精密度高，抗电磁干扰、抗雷击等优点。能实现对温度、湿度、压力、应变、振动，位移及加速度等参数的精确测量。特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制，环境恶劣等场合下使用。因此，光纤传感技术一问世就受到极大重视，几乎各个领域都在进行研究和应用，产业得到蓬勃发展。 系统介绍 北京金石智信科技有限公司研发的光纤光栅在线监测系统QTSD-CF01，采用光放大器（OA）和波分复用（WDM）技术以增加传输距离和比特率，并结合公司独特的光栅切趾技术，使解调仪和光纤光栅传感器的精度和可靠性处于国际领先水平。另外本公司研发的光纤光栅在线监测系统，已通过国家消防认证和ISO9001质量管理认证。 系统原理 光纤光栅传感技术隶属光纤传感技术的一种，它是通过紫外激光照射位于光纤上方的相位掩模板后，在光纤内部形成的一段长为10-15mm的栅状结构，因而被称为“光纤光栅”（Fiber Bragg Grating，FBG）。 光纤光栅是利用光纤材料的光敏性：即外界入射光子和纤芯相互作用而引起后者折射率的永久性变化，用紫外激光直接写入法在单模光纤（直径为0.125 mm～0.25 mm）的纤芯内形成的空间相位光栅，其实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜，制作完成后的光纤光栅相当于在普通光纤中形成了一段长度为10 mm左右的敏感区，该区域波长在温度、应变等作用下发生偏移，通过测量中心波长的偏移，可以准确感测温度、压力、应变及位移的变化。
东滩煤矿光纤围岩应力动态监测方案
兖州煤业东滩煤矿光纤围岩应力动态监测方案 山东微感光电子有限公司 2012年4月16日
目录 1 概述 (3) 1.1 系统特点 (3) 1.2 设计依据 (3) 2 系统功能及实施方案 (4) 2.1 系统结构 (4) 2.2 系统性能指标 (4) 2.3 系统组成 (5) 2.4 东滩煤矿沿空留巷光纤应力监测实施方案 (6) 2.5系统设备清单 (8)
1 概述 1.1 系统特点 光纤传感技术是最近30年以来兴起的，因其独有的无需供电、长距离传输、本质安全以及系统容量大的优点，即将在矿山安全生产监测以及应急救援方面发挥重大的作用，对保障矿山生产安全、预防安全事故、减少事故发生和生命财产损失产生重大意义。 山东微感光电子有限公司位于山东省省会济南市高新技术开发区，是一家专业研究、开发、生产各种新型工业用光纤传感器、智能仪表和综合监控系统的中外合资高科技企业。 针对目前煤矿围岩应力监测对煤矿开采的重要性，山东微感光电子有限公司开发了基于光纤传感器技术的光纤围岩应力动态监测预警系统，该系统具有以下优点： 1）本质安全，不带电，不受外界电磁场干扰，长期漂移小； 2）复用能力强，可实现对一线多点、两维点阵或空间分布的连续监测； 3）准确判断围岩应力值及地点； 4）在线连续监测围岩应力，为采煤面的安全工作提供数据； 1.2 设计依据 光纤围岩应力动态监测预警系统基于符合国家标准和行业标准的传感监控设备，遵循煤炭行业的安全标准，同时遵循软件行业的编制和测试规范。 光纤围岩应力动态监测预警系统在设计和评价过程中主要遵循以下标准：《煤矿安全规程》 《煤矿安全质量标准化标准》 《煤矿安全监控系统通用技术要求》 《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》 《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》 《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求》 《煤矿安全监控系统软件通用技术要求》 《计算机软件产品开发文件编制指南GB/T8567-2006》
光纤Bragg光栅锚杆应力应变监测系统
万方数据
万方数据
第１期柴敬等光纤Ｂｒａｇｇ光栅锚杆应力应变监测系统３上式为光纤布拉格光栅轴向应变下的波长变化数学表达式，它是光纤光栅应变传感的基本关系式。当光纤光栅的材料一旦确定后，光纤光栅对应变的传感特性系数基本上为一与材料系数相关的常数，这就保证了光纤光栅作为应变传感器有很好的线性输出。 令％＝Ａ。（１一Ｐ），ｃｒｃ可视为光栅轴向应变与中心波长变化关系的灵敏度系数，由此可得 △ｂ＝ａＥ￡（７） 上式即为光纤光栅中心波长漂移量与轴向应变的数学关系，它可以方便地将波长变化数据处理成应变结果。 ２．３光纤Ｂｒａｇｇ光栅锚杆应力监测系统 图１是光纤Ｂｒａｇｇ光栅分布传感系统的原理图。准分布的多个光纤Ｂｒａｇｇ光栅，通过不同光纤Ｂｒａｇｇ光栅的反射光波长（Ａ１＇．一，Ａ。），与待测结构沿程各测量点（１，…，竹）相对应，分别感受待测结构沿线分布各点的应力应变，使其反射光的波长发生改变，改变的反射光经传输光纤从测量现场传出通过光纤Ｂｒａｇｇ光栅解调器探测其波长改变量的大小，并将之转换成电信号，由二次仪表计算出待测结构的各个测点的应力应变的大小及在整个待测结构的分布状态。 图１光纤Ｂｒａｇｇ光栅锚杆应变监测系统的原理 Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｆｉｂｅｒ ｇｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｉｎｇｆｏｒａｎｃｈｏｒ图２实验装置图Ｆｉｇ．２Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅ ３实验研究 将光纤Ｂｒａｇｇ光栅（３个）和电阻应变片（３个）贴于锚杆杆体表面相对应位置上，在压力机上做拉伸对比实验（图２）。 采用北京品傲光电科技有限公司生产的光纤Ｂｍｇｇ光栅 应变传感器，接头采用通用的光纤ＦＣ／ＰＣ跳线头。Ｂｒａｇｇ中心 波长识别采用光纤光栅传感网络分析仪，光传感网络分析仪 内部宽带光源发出的光，经过３ｄＢ耦合器到达光纤光栅传感 链，然后经过Ｂｒａｇｇ光栅反射，再通过传输光纤和３皿耦合器 返回到光传感网络分析仪内部探测器。该仪器波长分辨率为 １ｐｍ，扫描范围为１５２５—１５６５ｎｒｎ，扫描频率５０Ｈｚ。 光栅是用紫外激光直接写入法在单模光纤的纤芯内形成 的空间相位光栅，光纤纤芯９ｔａｎ，包层外径为１２５ｐｚｎ，带涂敷 至要堂竺譬望竺弘ｍ。光鼍要壁氅慧霎翌竺要三娄篓！。要：图３光纤光栅传感网络分析之间的中心距离为１５０ｒｎｌＴｌ，锚杆测试用光纤光栅中心波长分 仪ｌ主；涵爵三节ｉ；：ｉ磊橱萌砭射峰别为１５３２．９１６ｎｎ＇ｌ，１５３６．６６２ｎｉｎ，１５３９．９８９ｎｉｌｌ（图３）。将光Ｆｉｇ．３ＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｒｅｅｓｅｎｓｉｎｇＦ１３ＧＪｓｂｙ 纤光栅用胶接剂和封装材料封装在锚杆的基材上。 ｏｐｔｉｃａｌｔＩｂｅｒｇｒａｔｌｒｉｇａｎａｌｙｚｅｒ实验的电测系统为ＹＪ一３ｌ型静态应变仪。 由弹性力学可知，在锚杆的弹性范围内，锚杆所受的拉力和应变成正比，所以在实验中对锚杆进行拉伸，即可由光纤光栅得出杆体的应变特性。锚杆的光纤Ｂｒａｇｇ光栅和电测系统测试结果见图４、图５所示。 １）光纤Ｂｒａｇｇ光栅测量系统与常规的电检测系统测量结果一致，说明光纤Ｂｒａｇｇ光栅锚杆应变监测系统的 万方数据
光纤光栅原理及应用
光纤光栅原理及应用?作者：饶云江王义平朱涛 ?丛书名：当代杰出青年科学文库 ?出版社：科学出版社 ?ISBN：7030167546 ?上架时间：2007-2-10 ?出版日期：2006 年8月 前言. 第1章概论 1．1 光纤光栅发展概况 1．2 光纤光栅分类 1．3 光纤光栅应用概况 1．4 本书提纲 参考文献 第2章光纤光敏性 2．1 光敏性介绍 2．2 硅基光纤的光敏性 2．3 光致折变的各向异性 2．4 点缺陷 2．5 硅光纤光敏性的增强 2．6 光敏性机理 2．7 其他种类光纤的光敏性 2．8 光致折变的清除与保持 参考文献 第3章光纤光栅写入方法 3．1 内部法写人光纤布拉格光栅 3．2 干涉法制作光纤布拉格光栅 .3．3 相位模板法制作光纤布拉格光栅 3．4 逐点法写入布拉格光栅 3．5 模板成像投影法 3．6 光纤光栅写入中的激光光源 3．7 特殊光栅的制作过程 3．8 氢载对制作光纤光栅的影响 3．9 透过聚合物敷层制作光纤布拉格光栅 3．10 长周期光纤光栅写入法 参考文献 第4章光纤布拉格光栅理论 4．1 光纤布拉格光栅的耦合模理论 4．2 非均匀光栅中的双模耦合 4．3 倾斜光栅 4．4 包层模耦合
4．5 辐射模耦合 4．6 光纤布拉格光栅的数值算法 4．7 布洛赫波 4．8 非线性光栅效应 4．9 讨论 参考文献 第5章光纤布拉格光栅的特性 5．1 均匀光纤布拉格光栅 5．2 光纤布拉格光栅的种类 5．3 光纤布拉格光栅的脉冲响应 5．4 光纤布拉格光栅的寿命和可靠性 参考文献 第6章光纤布拉格光栅在传感中的应用6．1 概述 6．2 传感原理 6．3 fbg传感系统中的探测解调技术.. 6．4 fbg复用技术 6．5 fbg传感器的应用 6．6 其他应用 参考文献 第7章光纤布拉格光栅在通信中的应用7．1 光纤激光器 7．2 光纤放大器 7．3 光纤布拉格光栅二极管激光器 7．4 光纤布拉格光栅滤波器 7．5 波分复用懈复用器 7．6 密集波分复用器 7．7 色散补偿器 7．8 光纤布拉格光栅的其他应用 7．9 小结 参考文献 第8章长周期光纤光栅理论 8．1 长周期光纤光栅理论模型的发展8．2 耦合模理论 8．3 长周期光纤光栅的模式耦合i 8．4 长周期光纤光栅的模式耦合ⅱ 8．5 级联长周期光纤光栅 8．6 小结 参考文献 第9章长周期光纤光栅的特性 9．1 长周期光纤光栅的温度特性 9．2 长周期光纤光栅的轴向应变特性9．3 长周期光纤光栅的弯曲特性 9．4 长周期光纤光栅的扭曲特性