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光纤光栅传感技术简介

2016-11-25 07:18:26来源:太平洋安防网已被 人阅读

内容摘要: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..,下面将为大家详细介绍“”的相关内容。
  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。
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