光纤光栅传感器与传感网络技术
|
一、概述 随着光通信技术的发展，光通信中的一些技术逐渐为传感领域中的应用提供了技术平台，光纤光栅就是其中之一。以光纤光栅技术为基础的光纤光栅传感器正成为传感器研究领域中的又一大热点。 同传统的电传感器相比，光纤光栅传感器在传感网络应用中具有非常明显的技术优势： 1 ．可靠性好、抗干扰能力强。由于光纤光栅对被感测信息用波长编码，而波长是一种绝对参量，它不受光源功率波动以及光纤弯曲等因素引起的系统损耗的影响，因而光纤光栅传感器具有非常好的可靠性和稳定性； 2 ．传感头结构简单、尺寸小，适于各种应用场合，尤其适合于埋入材料内部构成所谓的智能材料或结构； 3 ．抗电磁干扰、抗腐蚀、能在恶劣的化学环境下工作； 4 ．可复用性强，采用多个光纤光栅传感器，可以构成分布式光纤传感网络。 国外对光纤光栅传感器的研究已经基本实现了光纤光栅传感器的商品化，工程化，如 Blue Road Research 、 CiDRA 、 MOI 等。国内在光纤光栅传感器方面的研究工作也取得了一定成果，其中一部分已经转化为产品，如上海紫珊光电技术有限公司、哈尔滨工业大学、南开大学及黑龙江大学等。 二、光纤光栅传感器原理 光纤光栅的中心波长随温度及应变的变化而变化，在光通信领域中，这成为光纤光栅应用的难题之一，而在传感领域，它又成为必要的技术基础，如图 1 所示。 对于光纤光栅，满足布拉格条件的入射光波长（即中心波长）被光纤光栅反射： l =2 n L ， 其中： l — 光栅中心波长； n — 纤芯有效折射率； Λ— 纤芯折射率的调制周期。 光纤光栅的中心波长会随温度和应变而变化，则有： 其中： D l —光纤光栅中心波长变化量 e —应变量 D T —温度变化 光纤光栅传感器的传感原理及结构如图 1 、图 2 所示。 三、光纤光栅传感网络解决方案 对于光纤光栅传感器，国内已经解决了光纤光栅照射技术，现在的研究重点在于传感网络的信号解调
与分析，因为光纤光栅传感器变化量为波长，所以要采用相应的波长探测计或光频谱分析仪来检测，或者对传感网络中的波长进行精确控制。对于多通道传感网络，要实现对大型传感网络数据的处理，就要采用一些相应的复杂的设备，但这些设备造价通常比较昂贵。 图 3 所示为上海紫珊光电技术有限公司所提供的全套解决方案，该传感网络具有响应速度快，高灵敏度，高测量精度等特点。 从光源发出的光，经分束后，一路光作为参考光进入信号分析仪，另一路光经过光纤光栅传感器后再回到信号分析仪，通过两路光信号间的比较和处理就可以将被测信号解调出来。 1 ．光源部分采用的是宽带光源和可调谐滤波器：
| ||||||||||||||||||
