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光纖布拉格光柵的詳細介紹
光纖布拉格光柵
光纖布拉格光柵FBG于1978年問世,這種簡單的固有傳感元件,可利用硅光纖的紫外光敏性寫入光纖芯內,圖1描述了光纖光柵的基本原理。常見的FBG傳 感器壓力開關通過量測布拉格波長的漂移實現(xiàn)對被量測的檢測,光柵布拉格波長 (λB)條件可以由式(1)表示:
式中,∧—光柵周期;
n—折射率。
當寬譜光源入射到光纖中,光柵將反射其中以布拉格波長lB為中心波長的窄譜分量。在透射譜中,這一部分分量將消失,lB隨應力與溫度的漂移為 [2]:
(2)
其中,ε—外加應力;
Pi,j—光纖的光彈張量系數(shù);
ν—泊松比;
α—光纖材質(如石英)的熱膨脹系數(shù);
△F—溫度變化量。
上式中:
因子典型值為0.22。因此,可以推導出在常溫 和常應力條件下的FBG應力和溫度響應條件如式下: 1pm的波長分辨率大致對應于1.3mm處0.1℃或1me的溫度和應力量測精度。
光纖光柵除了具備光纖壓力傳感器壓力壓力傳感器的全部優(yōu)點之外,還擁有自定標和易于在同一根光纖內集成多個傳感 器復用的特點。
光柵壓力傳感器可拓展的應用領域有許多,如將分布式光纖光柵壓力傳感器嵌入材質中形成智能材質,可對大型構件的載荷、應力、溫度和振動等參數(shù)進行實時**監(jiān)測;光 柵也可以代替其它類型結構的光纖壓力傳感器,用于化學、壓力和加速度傳感中。
長周期光柵是指周期大于100mm的光柵,也是繼FBG之后光纖光柵型壓力傳感器的另一個重要分支。由于量測利用包層膜耦合的原理,使其同時具備靈敏度優(yōu)良和 制作簡便的優(yōu)勢。光纖光柵的其它分支還包括啁啾光柵、斜光柵等,它們也已付諸應用研究。
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