光學(xué)傳感器優(yōu)于電氣傳感器

　　一般的FBG傳感器會擁有幾個(gè)納米的工作波長范圍，所以光學(xué)探詢器必須能夠完成分辨率為幾個(gè)皮米甚至更小的測量 – 一個(gè)相當(dāng)小的量級。探詢FBG光柵傳感器可以有幾種方法。干涉計(jì)是通常運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，它可以提供相當(dāng)高分辨率的光譜分析。但是，這些儀器一般來說非常昂貴，體積龐大并且不夠堅(jiān)固，所以在一些涉及各種結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場監(jiān)測的應(yīng)用中，如風(fēng)機(jī)葉片，橋梁，水管以及大壩等環(huán)境的監(jiān)測中，這些儀器都不適用。

　　一種更加堅(jiān)固的方法是引入了電荷耦合器件 (charge-coupled device - CCD) 以及固定的分散性單元，一般是指波長位置轉(zhuǎn)換。

　　在這種方法中，會用一個(gè)廣譜的光源照射FBG傳感器 (或者一系列FBG傳感器)。這些反射光束會通過一個(gè)分散性單元，分散性單元會將波長不同的反射光束分別分配到電荷耦合器件(CCD)表面不同的位置上去。如下圖5所示。

　　這種方法可以快速并且同時(shí)地對掛接在光纖上的所有FBG傳感器進(jìn)行測量，但是它只提供了非常有限的分辨率以及信噪比 (SNR)。舉例來說，如果我們希望在80納米的波長范圍中實(shí)現(xiàn)1皮米的分辨率，那么我們需要一個(gè)包含80,000個(gè)像素點(diǎn)的線性CCD器件，這個(gè)像素指標(biāo)已經(jīng)比目前在市面上能夠找到的最好的線性CCD器件 (截至2010年7月) 的指標(biāo)高出了10倍以上。另外，因?yàn)閺V譜光源的能量是被分散到一個(gè)很廣的波長范圍中，所以FBG反射光束的能量會非常小，有時(shí)候甚至?xí)o測量帶來困難。

　　目前最流行的方法是利用一個(gè)可調(diào)法珀濾波器來創(chuàng)造一束具有高能量，并且能夠快速掃頻的激光源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的廣譜的光源?？烧{(diào)的激光源將能量集中在一個(gè)很窄的波長范圍里面，提供了一個(gè)具有很高信噪比的高能量的光源。這種體系結(jié)構(gòu)提供的高光學(xué)功率讓使用一條光纖掛載多個(gè)光學(xué)通道成為可能，這樣就能有效地減少多通道探詢器的成本并且降低系統(tǒng)的復(fù)雜度?；谶@種可調(diào)激光架構(gòu)的探詢器可以在一個(gè)相對大的波長范圍里面以很窄的光譜帶進(jìn)行掃描，另一方面，一臺光探測器將與這個(gè)掃描同步，測量從FBG傳感器反射回來的激光束。當(dāng)可調(diào)激光器發(fā)射的激光波長與FBG傳感器的布拉格波長吻合的時(shí)候，光探測器就能測量到相應(yīng)的響應(yīng)。該響應(yīng)發(fā)生的時(shí)候可調(diào)激光的波長就對應(yīng)了此時(shí)FBG傳感器處測得的溫度以及/或者應(yīng)變，如圖 6所示。

　　使用這種方法進(jìn)行探詢可以達(dá)到大概1皮米的精度，對應(yīng)到傳統(tǒng)FBG傳感器的精度即是約1.2微應(yīng)變(FBG應(yīng)變傳感器)或約0.1攝氏度(FBG溫度傳感器)。因?yàn)榭烧{(diào)激光源法相對于其它的方法來說具有很高的光學(xué)功率，所以這種探詢法還可以適用于光纖長度更大 (超過10千米) 的測量應(yīng)用中。