FBG光學(xué)傳感器基礎(chǔ)

　　這種方法可以快速并且同時(shí)地對(duì)掛接在光纖上的所有FBG傳感器進(jìn)行測(cè)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(zhǎng)范圍中實(shí)現(xiàn)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)的線性CCD器件，這個(gè)像素指標(biāo)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(biāo)高出了10倍以上。另外，因?yàn)閺V譜光源的能量是被分散到一個(gè)很廣的波長(zhǎng)范圍中，所以FBG反射光束的能量會(huì)非常小，有時(shí)候甚至?xí)o測(cè)量帶來(lái)困難。

　　目前最流行的方法是利用一個(gè)可調(diào)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?zhèn)鹘y(tǒng)的廣譜的光源?？烧{(diào)的激光源將能量集中在一個(gè)很窄的波長(zhǎng)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(jié)構(gòu)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(tǒng)的復(fù)雜度?；谶@種可調(diào)激光架構(gòu)的探詢(xún)器可以在一個(gè)相對(duì)大的波長(zhǎng)范圍里面以很窄的光譜帶進(jìn)行掃描，另一方面，一臺(tái)光探測(cè)器將與這個(gè)掃描同步，測(cè)量從FBG傳感器反射回來(lái)的激光束。當(dāng)可調(diào)激光器發(fā)射的激光波長(zhǎng)與FBG傳感器的布拉格波長(zhǎng)吻合的時(shí)候，光探測(cè)器就能測(cè)量到相應(yīng)的響應(yīng)。該響應(yīng)發(fā)生的時(shí)候可調(diào)激光的波長(zhǎng)就對(duì)應(yīng)了此時(shí)FBG傳感器處測(cè)得的溫度以及/或者應(yīng)變，如圖 6所示。

　　圖6. 用可調(diào)激光源法探詢(xún)FBG光學(xué)傳感器

　　使用這種方法進(jìn)行探詢(xún)可以達(dá)到大概1皮米的精度，對(duì)應(yīng)到傳統(tǒng)FBG傳感器的精度即是約1.2微應(yīng)變(FBG應(yīng)變傳感器)或約0.1攝氏度(FBG溫度傳感器)。因?yàn)榭烧{(diào)激光源法相對(duì)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(zhǎng)度更大 (超過(guò)10千米) 的測(cè)量應(yīng)用中。

　　FBG光學(xué)傳感器的優(yōu)勢(shì)

　　通過(guò)使用光波代替電流以及使用標(biāo)準(zhǔn)光纖代替銅線作為傳輸介質(zhì)，F(xiàn)BG光學(xué)傳感解決了許多使用電氣傳感需要面臨的挑戰(zhàn)和解決的困難。光纖和FBG光學(xué)傳感器都是絕緣體，具有被動(dòng)性電學(xué)特性，并且不受電磁感應(yīng)噪聲的影響。具有高光學(xué)功率可調(diào)激光源的探詢(xún)器可以以很低的數(shù)據(jù)丟失率甚至是零丟失來(lái)完成長(zhǎng)距離的測(cè)量。同時(shí)，與電氣傳感器系統(tǒng)不同，一個(gè)光學(xué)通道可以同時(shí)完成多個(gè)FBG傳感器的測(cè)試，極大地減小了測(cè)試系統(tǒng)的體積，重量以及復(fù)雜度。

　　在一些外部環(huán)境條件惡劣的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)中，一些常用的電氣傳感器，例如箔應(yīng)變片，熱電偶，以及振弦式傳感器已經(jīng)很難使用甚至已經(jīng)失效的情況下，光學(xué)傳感器是一個(gè)非常理想的解決辦法。因?yàn)楣鈱W(xué)傳感器的用途以及安裝方法和這些傳統(tǒng)的電氣傳感器類(lèi)似，所以從電氣測(cè)試方案過(guò)渡到光學(xué)測(cè)試方案會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。如果能夠?qū)饫w和FBG的工作原理有一個(gè)比較好的了解，那將幫助你更好地接受光學(xué)測(cè)試技術(shù)并駕馭這種新技術(shù)所帶來(lái)的所有優(yōu)勢(shì)。