光纤光栅波长的解调
• 光纤Bragg光栅是通过其反射回的波长的变化来 反映光栅所受应力或者温度的改变的，波长解调 技术的优劣将直接影响整个系统的检测精度。
• 对波长信息的解调，传统上一般使用单色仪，光 谱仪以及带有色散元件的CDC探测器，但是这些 解调系统都存在造价高、体积大、不易携带的缺 点。为此，人们相继提出了多种结构简单、更为 实用的解调方法，如匹配光栅法、波长扫描法、 边缘滤波器线性解调法、干涉解调法等。
• 应用：石化、电力、水坝、桥梁和重要建筑的安 全监测
光纤光栅感器工作原理
• 光纤光栅的中心反射波长可表示为
• 光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，在光 纤纤芯上建立起的一种空间周期性折射率 分布，使其对特定波长的入射光具有反射 作用， 其反射中心波长称为 Brag 波长， 定义为λg
光纤光栅温度传感器测温原理
光纤光栅传感系统
光纤光栅温度传感器
• 电类温度传感器：热电偶温度传感器、热敏电阻 温度传感器
• 光纤光栅温度传感优点：灵敏度高，体积小，耐 腐蚀，抗电磁辐射，光路可弯曲，便于遥测等。
• 由于测量信息是利用波长编码,所以光纤光栅传感 器的测量信号不受光源起伏、 光纤弯曲损耗、 连接损耗和探测器老化以及光波偏振态的变化等 因素的影响,有较强的抗干扰能力
应用中要解决的难题
• 灵敏度：普通的光纤光栅其温度灵敏度只有0.01 nm/℃左右，这样对于工作波长在1550nm的光纤 光栅来说，测量100℃的温度范围波长变化仅为 1nm
• 波长解调：要达到较高的分辨率,通常需使用代价 较大的高分辨率波长解调系统,例如高分辨率光谱 仪或干涉仪等。应用分辨率为1pm的解码仪进行 解调可获得很高的温度分辨率，而如果因为设备 的限，采用分辨率为0. 06nm的光谱分析仪进行测 量，其分辨率仅为6度，远远不能满足实际测量的 需。
• 光纤光栅的温度特性 • 受外界环境温度影响, 光纤光栅的反射波长发生
移动,温度变化引起的光纤光栅反射波长移动可表 示为
• 光纤光栅反射波 长的移动与温度的变化成线性关 系，通过测量光纤光栅反射波 长的移动,便可确定 环Λ的变化都将引起光纤光栅 中心波长的变化，而光纤光栅受 到外界因素(如温度、应变)等作 用时，会引起neff和Λ的变化，从 而引起光纤光栅中心波长的偏移
• 选择具有合适波长的光纤布拉格光栅,使其 中心波长处于长周期光栅透射谱的线性区 范围内, 并靠近线性区的中间位置
波长解调原理
• 当传感光栅的波长被传感信号调制时,其反 射峰在线性区的位置发生变化, 但其谱形不 随被测信号改变,则反射的绝对光功率将呈 线性变化,因此光电探测器的光电流将呈线 性变化, 这样可解调光纤布拉格光栅的波长 变化。这一原理与线性滤波器相似。
• 为光纤的 热光系数 ,描述光纤折射 率随温度的变化关系
• 为光纤 的热膨胀 系数,描述光栅的 栅距随温度 的变化关系
应用中要解决的难题
• 裸栅的处理：光纤光栅十分纤细， 强度较 低， 容易在工况中受到损坏，要对裸栅进 行封装，增强传感器的机械强度和增长其 使用寿命
• 封装： 光纤光栅温度传感器的封装形式主 要有基片式、 金属管式和聚合物封装方式 。封装会影响传感器的响应速度和传感特 性(如重复性 线性度以及一致性等)，会降 低 温度测量的现精确， 影响监测效果
光纤光栅温度传感器
光纤光栅传感器
• 光纤光栅传感器（Fiber Bragg Grating Sensor ）属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感 过程是通过外界物理参量对光纤布拉格（Bragg） 波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型 光纤传感器。
• 自从1989年Morey等人首先对光纤光栅的应变和温 度传感特性进行了研究后，光纤光栅传感器的应 用领域不断拓展，现在人们已将其逐步应用于多 种物理量的测量，制成了各种传感器。
基于长周期光栅的波长解调
• 利用一长周期 光栅( LPG) 作 为线性滤波器, 宽带光源经此 长周期光栅调 制后入射到传 感光栅, 可解 调布拉格传感 光栅的波长位 移。
波长解调原理
• 在长周期光栅的透射谱中, 特定谐振损耗峰 的强度下降边(或上升边)所包含的某一波长 范围内其光强度为线性的减小(或增大) ，利 用这一点可实现长周期光栅对宽带光源的 调制,产生一个在某波长范围内强度为线性 变化(下降或上升)的光源。