光學(xué)傳感器優(yōu)于電氣傳感器

　　一般的FBG傳感器會(huì )擁有幾個(gè)納米的工作波長(cháng)范圍，所以光學(xué)探詢(xún)器必須能夠完成分辨率為幾個(gè)皮米甚至更小的測量 – 一個(gè)相當小的量級。探詢(xún)FBG光柵傳感器可以有幾種方法。干涉計是通常運用的實(shí)驗室設備，它可以提供相當高分辨率的光譜分析。但是，這些儀器一般來(lái)說(shuō)非常昂貴，體積龐大并且不夠堅固，所以在一些涉及各種結構的現場(chǎng)監測的應用中，如風(fēng)機葉片，橋梁，水管以及大壩等環(huán)境的監測中，這些儀器都不適用。

　　一種更加堅固的方法是引入了電荷耦合器件 (charge-coupled device - CCD) 以及固定的分散性單元，一般是指波長(cháng)位置轉換。

　　在這種方法中，會(huì )用一個(gè)廣譜的光源照射FBG傳感器 (或者一系列FBG傳感器)。這些反射光束會(huì )通過(guò)一個(gè)分散性單元，分散性單元會(huì )將波長(cháng)不同的反射光束分別分配到電荷耦合器件(CCD)表面不同的位置上去。如下圖5所示。

　　這種方法可以快速并且同時(shí)地對掛接在光纖上的所有FBG傳感器進(jìn)行測量，但是它只提供了非常有限的分辨率以及信噪比 (SNR)。舉例來(lái)說(shuō)，如果我們希望在80納米的波長(cháng)范圍中實(shí)現1皮米的分辨率，那么我們需要一個(gè)包含80,000個(gè)像素點(diǎn)的線(xiàn)性CCD器件，這個(gè)像素指標已經(jīng)比目前在市面上能夠找到的最好的線(xiàn)性CCD器件 (截至2010年7月) 的指標高出了10倍以上。另外，因為廣譜光源的能量是被分散到一個(gè)很廣的波長(cháng)范圍中，所以FBG反射光束的能量會(huì )非常小，有時(shí)候甚至會(huì )給測量帶來(lái)困難。

　　目前最流行的方法是利用一個(gè)可調法珀濾波器來(lái)創(chuàng )造一束具有高能量，并且能夠快速掃頻的激光源來(lái)代替傳統的廣譜的光源?？烧{的激光源將能量集中在一個(gè)很窄的波長(cháng)范圍里面，提供了一個(gè)具有很高信噪比的高能量的光源。這種體系結構提供的高光學(xué)功率讓使用一條光纖掛載多個(gè)光學(xué)通道成為可能，這樣就能有效地減少多通道探詢(xún)器的成本并且降低系統的復雜度?；谶@種可調激光架構的探詢(xún)器可以在一個(gè)相對大的波長(cháng)范圍里面以很窄的光譜帶進(jìn)行掃描，另一方面，一臺光探測器將與這個(gè)掃描同步，測量從FBG傳感器反射回來(lái)的激光束。當可調激光器發(fā)射的激光波長(cháng)與FBG傳感器的布拉格波長(cháng)吻合的時(shí)候，光探測器就能測量到相應的響應。該響應發(fā)生的時(shí)候可調激光的波長(cháng)就對應了此時(shí)FBG傳感器處測得的溫度以及/或者應變，如圖 6所示。

　　使用這種方法進(jìn)行探詢(xún)可以達到大概1皮米的精度，對應到傳統FBG傳感器的精度即是約1.2微應變(FBG應變傳感器)或約0.1攝氏度(FBG溫度傳感器)。因為可調激光源法相對于其它的方法來(lái)說(shuō)具有很高的光學(xué)功率，所以這種探詢(xún)法還可以適用于光纖長(cháng)度更大 (超過(guò)10千米) 的測量應用中。