什么是布拉格光纖光柵傳感器？

布拉格光纖光柵可以作為一種光纖傳感器，它和光纖傳感器一樣，與傳統(tǒng)的電傳感器相比有著許多不可替代的優(yōu)點(diǎn)，如：不受電磁干擾,重量輕，體積小，不受腐蝕等。

一、布拉格光纖光柵傳感器的特點(diǎn)

1978年加拿大握太華通信研究中心的K.O.Hin及其同事首次在摻鍺石英光纖中發(fā)現(xiàn)光纖的光敏性,并采用駐波法制成世界上第一只光纖光柵。但是由于這種刻寫(xiě)方法的效率很低且靈活性差,在光纖光敏性被發(fā)現(xiàn)后的十年內(nèi)未引起很大的注意。直到1989年,美國(guó)聯(lián)合技術(shù)研究中心的GMetlz等人利用高強(qiáng)度的紫外激光所形成的干涉條紋對(duì)光纖進(jìn)行側(cè)面橫向曝光來(lái)產(chǎn)生光纖纖芯中的折射率調(diào)制,即形成光纖光柵。這種刻寫(xiě)方法效率高,且靈活性好,可以刻寫(xiě)不同周期的光纖光柵。橫向?qū)懭敕ǖ陌l(fā)明使光纖光柵技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展,此后的十多年里,光纖光柵一直是光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 

布拉格光纖光柵可以作為一種光纖傳感器,它和光纖傳感器一樣,與傳統(tǒng)的電傳感器相比有著許多不可替代的優(yōu)點(diǎn),如:不受電磁干擾,重量輕,體積小,不受腐蝕等。且由于它是波長(zhǎng)編碼的,使得它與傳統(tǒng)的光纖傳感器相比,又有許多優(yōu)點(diǎn),如:精度不受光源強(qiáng)度影響,受環(huán)境影響小,更加容易復(fù)用和實(shí)現(xiàn)分布式傳感等。利用光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)復(fù)用能力強(qiáng),重量輕,體積小等優(yōu)點(diǎn),埋入監(jiān)測(cè)材料中可以方便地實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測(cè)量,因而是最有希望的智能傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 

光纖光柵傳感器的應(yīng)用范圍非常廣,民用工程中的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)是光纖光柵傳感器應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn),在橋梁、建筑、海洋石油平臺(tái)、油田及航空、大壩等工程都可以進(jìn)行實(shí)時(shí)安全的溫度及應(yīng)變監(jiān)測(cè)�；�礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的狀態(tài),力學(xué)參數(shù)的測(cè)量對(duì)于橋梁、大壩、隧道、高層建筑和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館的維護(hù)是至關(guān)重要的,通過(guò)測(cè)量建筑物的分布應(yīng)變,可以預(yù)知局部荷載的狀態(tài)。光纖光柵傳感器既可以貼在現(xiàn)存結(jié)構(gòu)的表面,也可以在澆筑的時(shí)候埋入結(jié)構(gòu)中對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量,監(jiān)視結(jié)構(gòu)缺陷的形成和生長(zhǎng)。另外,多個(gè)光纖光柵傳感器可以串接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)分布式檢測(cè),傳感信號(hào)可以傳輸很長(zhǎng)距離送到中心監(jiān)控室進(jìn)行遙測(cè)。因此在民用工程中,光纖光柵傳感器成為結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的最重要手段。 

航空航天業(yè)是一個(gè)使用傳感器密集的地方,一架飛行器為了監(jiān)測(cè)壓力、溫度、振動(dòng)、燃料液位、起落架狀態(tài)、機(jī)翼和方向舵的位置等,所需要使用的傳感器超過(guò)100個(gè),因此傳感器的尺寸和重量變得非常重要。光纖光柵傳感器具有體積小,重量輕,靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),將光纖光柵埋入飛行器或者發(fā)射塔結(jié)構(gòu)中,組成準(zhǔn)分布式智能傳感網(wǎng)絡(luò),可以對(duì)飛行器及發(fā)射塔的內(nèi)部機(jī)械性能及外部環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 

布拉格光纖光柵傳感器能夠?yàn)楝F(xiàn)代船舶的操作提供瞬時(shí)的和豐富的傳感信息,進(jìn)而通過(guò)提供船舶操作人員所需要的早期危險(xiǎn)報(bào)警和損傷評(píng)估來(lái)保證船舶的安全。現(xiàn)代船用傳感器中多達(dá)90%是壓力或溫度傳感器,通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)姆庋b和襯底材料可以將光纖光柵應(yīng)變傳感器轉(zhuǎn)變成溫度和壓力傳感器,利用波分和時(shí)分復(fù)用原理,一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)的光纖光柵傳感器數(shù)量可以多達(dá)數(shù)萬(wàn)個(gè),從而適應(yīng)不斷增加的艦載控制系統(tǒng)的復(fù)雜性,并有效的降低傳感系統(tǒng)的成本。

電力工業(yè)中的設(shè)備大都處在強(qiáng)電磁場(chǎng)中,一般電學(xué)傳感器無(wú)法使用。很多情況下需要測(cè)量的地方處在高壓中,如高壓開(kāi)關(guān)的在線監(jiān)測(cè),高壓變壓器繞組、發(fā)電機(jī)定子等地方的溫度和位移等參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量,這些地方的測(cè)量需要傳感器具有很好的絕緣性能、體積要小、而且是無(wú)源器件,光纖光柵傳感器是進(jìn)行這些測(cè)量的最佳選擇。有一些電力設(shè)備經(jīng)常位于難以到達(dá)的地方,如荒山野嶺、沙漠荒原中的傳輸電纜和中繼變電站,使用準(zhǔn)分布式光纖光柵傳感系統(tǒng)的遙測(cè)能力可以極大地減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。因此光纖光柵傳感器在電力工業(yè)中的應(yīng)用前景很好。