光學傳感器優(yōu)于電氣傳感器

　　一般的FBG傳感器會擁有幾個納米的工作波長范圍，所以光學探詢器必須能夠完成分辨率為幾個皮米甚至更小的測量 – 一個相當小的量級。探詢FBG光柵傳感器可以有幾種方法。干涉計是通常運用的實驗室設備，它可以提供相當高分辨率的光譜分析。但是，這些儀器一般來說非常昂貴，體積龐大并且不夠堅固，所以在一些涉及各種結構的現(xiàn)場監(jiān)測的應用中，如風機葉片，橋梁，水管以及大壩等環(huán)境的監(jiān)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，一般是指波長位置轉換。

　　在這種方法中，會用一個廣譜的光源照射FBG傳感器 (或者一系列FBG傳感器)。這些反射光束會通過一個分散性單元，分散性單元會將波長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地對掛接在光纖上的所有FBG傳感器進行測量，但是它只提供了非常有限的分辨率以及信噪比 (SNR)。舉例來說，如果我們希望在80納米的波長范圍中實現(xiàn)1皮米的分辨率，那么我們需要一個包含80,000個像素點的線性CCD器件，這個像素指標已經(jīng)比目前在市面上能夠找到的最好的線性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很廣的波長范圍中，所以FBG反射光束的能量會非常小，有時候甚至會給測量帶來困難。

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

　　使用這種方法進行探詢可以達到大概1皮米的精度，對應到傳統(tǒng)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說具有很高的光學功率，所以這種探詢法還可以適用于光纖長度更大 (超過10千米) 的測量應用中。