光纖布拉格光柵的光學傳感技術
基于光纖布拉格光柵(FBG)的光學傳感技術,利用“光”作為介質取代“電”,使用標準光纖替代銅線,從而克服種種的挑戰(zhàn)。
在方程 (1)中,λb 是布拉格波長,n 是光纖纖芯的有效折射率,而 Λ 是光柵之間的間隔長度,稱為光柵周期。 圖2.光纖布拉格光柵傳感器的工作原理 因為布拉格波長是光柵之間的間隔長度的函數(shù)(方程 (1) 中的Λ),所以光纖布拉格光柵可以被生產(chǎn)為具有不同的布拉格波長,這樣就能夠使用不同的光纖布拉格光柵來反射特定波長的光波。 圖3.光纖布拉格光柵透視圖 應變以及溫度的改變會同時影響光纖布拉格光柵有效的光折射率 n 以及光柵周期Λ ,造成的結果就是光柵反射光波波長的改變。光纖布拉格光柵反射波長隨應變和溫度的變化可以近似地用方程 (2) 中的關系來表示: 其中 Δλ 是反射波長的變化而 λo 為初始的反射波長。 右邊加號前的第一個表示式表示的是應變的變化對反射波長的影響。其中 pe 是應變光學靈敏系數(shù),而 ε 是光柵所受到應變影響。加號后面的第二個表達式表示的是溫度的變化對波長造成的影響。其中 αΛ 是熱膨脹系數(shù)而 αn 是溫度光學靈敏系數(shù)。αn 體現(xiàn)了光折射率因為溫度變化造成的影響而 αΛ 體現(xiàn)了同樣的溫度變化造成的光柵周期的改變。 正因為光纖布拉格光柵會同時受到應變和溫度變化的影響,所以在計算反射波長變化的時候既要同時考慮這兩種因素,又要分別對其進行分析。當進行溫度測量的時候,光纖布拉格光柵必須保持在完全不受應變影響的條件下。你可以使用為此專門進行封裝的FBG溫度傳感器,這種傳感器能保證封裝內(nèi)部光纖布拉格光柵的屬性不會耦合于任何外部的彎曲,拉伸,擠壓或扭曲應變。在這種情況下,玻璃的熱膨脹系數(shù) αΛ 通常在實用中是可以忽略的;所以,因溫度變化而造成的反射波長的改變就可以主要由該光纖的溫度光學靈敏系數(shù) αn 來決定了。 |
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