光纖光柵傳感器的原理及應用

　　圖2中的FBGl裝在一個(gè)玻璃管內，兩端與玻璃管固定，以使其僅受外界溫度的影響;而FBG2不裝在玻璃管內，因而會(huì )同時(shí)受溫度和應變的影響。由于光纖和玻璃管具有相同的熱膨脹性。因此，FBGl和FBG2的溫度敏感系數相同。

　　2.4 溫度(應力)補償法

　　其實(shí)，目前研究較多的還是溫度補償法。該方法主要通過(guò)某種方法或裝置先將溫度擾動(dòng)引起的波長(cháng)漂移剔除掉，從而使應變測量不受溫度的影響。近年來(lái)，國內外許多學(xué)者提出了關(guān)于FBG交叉敏感的問(wèn)題，主要考慮實(shí)現對溫度、應變同時(shí)測量的溫度補償方法。它們分為單FBG法和雙FBG法兩大類(lèi)。

　　2.5 光強測溫法

　　光強測溫法是通過(guò)光強與待測點(diǎn)溫度的關(guān)系來(lái)確定溫度值，故可消除溫度對波長(cháng)移動(dòng)的影響。該方法需要特殊結構的FBG，而且需要利用特殊材料，同時(shí)對解調方案也有相應的要求。

　　3 光纖光柵的應用

　　由于光纖光柵傳感器具備許多不可替代的優(yōu)越性，因此，自G.Meltz等人首次報道將光纖布拉格光柵應用于傳感器以來(lái)，已經(jīng)在生物醫學(xué)、橋梁、大壩智能材料、航空航天、民用工程結構等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

　　3.1 生物醫學(xué)應用

　　光纖相干層析成像技術(shù)(OCT)主要應用于生物、醫學(xué)、化學(xué)分析等領(lǐng)域，如視網(wǎng)膜掃描、胃腸內視以及用于實(shí)現彩色多普勒(CDOCT)血流成像等。OCT為生物細胞和機體的活性檢測提供了一種有效的方式，因此，世界上有許多國家都開(kāi)發(fā)出相應的產(chǎn)品。德國的科學(xué)家近期推出了一臺可用作皮膚癌診斷的OCT設備。此外，利用OCT可以實(shí)現深度測量(～1mm)的優(yōu)勢，并已有實(shí)例應用于對生長(cháng)中的細胞進(jìn)行觀(guān)察和監測。

　　3.2 智能橋梁建筑材料應用

　　智能材料是指將敏感元件嵌入被測構件機體和材料中，從而在構件或材料常規工作的同時(shí)實(shí)現對其安全運轉、以及故障的實(shí)時(shí)監控。將光纖應用于橋梁測試中，可實(shí)現對橋梁鋼索的索力及預應力連續混凝土梁內部應力、應變特性的測量和測控，從而構成智能橋梁。加拿大的Rotest公司基于fabry-Perot白光干涉原理研制的光纖傳感器具有很高的精度和重復性，可安裝在材料或建筑物表面或埋入內部，對應變、位移、裂縫、空隙壓力等進(jìn)行監測;我國的繆延彪教授建立了一種新的波長(cháng)干涉儀試驗系統，該系統可實(shí)現較大范圍的絕對距離測量。

　　3.3 航天航空導航系統應用

　　上世紀90年代，Vali和Shorthill首次提出并實(shí)驗驗證了I-FOG原理，同時(shí)通過(guò)采用消偏結構、3軸I-FOG、EDFA光源等新型光纖器件和技術(shù)，可使光纖光柵傳感器具有成本低、體積小、重量輕和性能高等優(yōu)勢，故在航天及軍事領(lǐng)域獲得了廣泛的應用。例如，漢普頓大學(xué)和NASA蘭利研究中心。利用光纖光柵溫度/剪切應力傳感器，來(lái)分辨溫度和剪切應力引起的布拉格波長(cháng)偏移，從而廣泛應用于空氣動(dòng)力學(xué)設備。

　　3.4 工礦企業(yè)系統

　　基于光纖的彈光效應，FBG器件的應力傳感器已被廣泛應用于應力監測中。在許多特殊場(chǎng)合，如核工業(yè)、化工、石油鉆探等都應用了監測傳感系統。據報道，2001年，美國CiDRA公司采用光纖布拉格光柵傳感器在加利福尼亞的Baker油田進(jìn)行了壓力測試，測程為0～103 MPa，準確度為±41.3 kPa，分辨率為2.06 kPa，可見(jiàn)其具有非常高的精度。法國Alstom公司鐵路部的Transport S.A.領(lǐng)導研制了一種安裝有FBG的智能型新型復合材料的轉向架。

　　4 結束語(yǔ)