光纖光柵傳感器的原理及應(yīng)用

　　圖2中的FBGl裝在一個玻璃管內(nèi)，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(nèi)，因而會同時受溫度和應(yīng)變的影響。由于光纖和玻璃管具有相同的熱膨脹性。因此，F(xiàn)BGl和FBG2的溫度敏感系數(shù)相同。

　　2.4 溫度(應(yīng)力)補(bǔ)償法

　　其實，目前研究較多的還是溫度補(bǔ)償法。該方法主要通過某種方法或裝置先將溫度擾動引起的波長漂移剔除掉，從而使應(yīng)變測量不受溫度的影響。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者提出了關(guān)于FBG交叉敏感的問題，主要考慮實現(xiàn)對溫度、應(yīng)變同時測量的溫度補(bǔ)償方法。它們分為單FBG法和雙FBG法兩大類。

　　2.5 光強(qiáng)測溫法

　　光強(qiáng)測溫法是通過光強(qiáng)與待測點溫度的關(guān)系來確定溫度值，故可消除溫度對波長移動的影響。該方法需要特殊結(jié)構(gòu)的FBG，而且需要利用特殊材料，同時對解調(diào)方案也有相應(yīng)的要求。

　　3 光纖光柵的應(yīng)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(yīng)用于傳感器以來，已經(jīng)在生物醫(yī)學(xué)、橋梁、大壩智能材料、航空航天、民用工程結(jié)構(gòu)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

　　3.1 生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

　　光纖相干層析成像技術(shù)(OCT)主要應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)分析等領(lǐng)域，如視網(wǎng)膜掃描、胃腸內(nèi)視以及用于實現(xiàn)彩色多普勒(CDOCT)血流成像等。OCT為生物細(xì)胞和機(jī)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發(fā)出相應(yīng)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(shè)備。此外，利用OCT可以實現(xiàn)深度測量(～1mm)的優(yōu)勢，并已有實例應(yīng)用于對生長中的細(xì)胞進(jìn)行觀察和監(jiān)測。

　　3.2 智能橋梁建筑材料應(yīng)用

　　智能材料是指將敏感元件嵌入被測構(gòu)件機(jī)體和材料中，從而在構(gòu)件或材料常規(guī)工作的同時實現(xiàn)對其安全運(yùn)轉(zhuǎn)、以及故障的實時監(jiān)控。將光纖應(yīng)用于橋梁測試中，可實現(xiàn)對橋梁鋼索的索力及預(yù)應(yīng)力連續(xù)混凝土梁內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變特性的測量和測控，從而構(gòu)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(fù)性，可安裝在材料或建筑物表面或埋入內(nèi)部，對應(yīng)變、位移、裂縫、空隙壓力等進(jìn)行監(jiān)測;我國的繆延彪教授建立了一種新的波長干涉儀試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)較大范圍的絕對距離測量。

　　3.3 航天航空導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用

　　上世紀(jì)90年代，Vali和Shorthill首次提出并實驗驗證了I-FOG原理，同時通過采用消偏結(jié)構(gòu)、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(yīng)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(yīng)力傳感器，來分辨溫度和剪切應(yīng)力引起的布拉格波長偏移，從而廣泛應(yīng)用于空氣動力學(xué)設(shè)備。

　　3.4 工礦企業(yè)系統(tǒng)

　　基于光纖的彈光效應(yīng)，F(xiàn)BG器件的應(yīng)力傳感器已被廣泛應(yīng)用于應(yīng)力監(jiān)測中。在許多特殊場合，如核工業(yè)、化工、石油鉆探等都應(yīng)用了監(jiān)測傳感系統(tǒng)。據(jù)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(zhǔn)確度為±41.3 kPa，分辨率為2.06 kPa，可見其具有非常高的精度。法國Alstom公司鐵路部的Transport S.A.領(lǐng)導(dǎo)研制了一種安裝有FBG的智能型新型復(fù)合材料的轉(zhuǎn)向架。

　　4 結(jié)束語