光纖光柵傳感器的原理及應用

　　利用磁場誘導的左右旋極化波的折射率變化的不同，可實現(xiàn)對磁場的直接測量。如通過在光柵上涂敷特定的功能材料(如壓電材料)，可實現(xiàn)對電場等物理量的間接測量。

　　1.3 長周期光纖光柵

　　長周期光纖光柵(LPG)是一種新型的光纖光柵，光柵周期一般大于100μm，是繼FBG之后光纖光柵型傳感器的另一分支。長周期光柵的透射峰波長主要與光柵的柵格周期以及纖芯和包層的折射率有關，其相位匹配條件可表示為：

　　式中。Λ為光柵周期，*****分別為纖芯和包層的折射率。*****為第P階包層模的透射波長。當光纖包層模與外界環(huán)境相互作用時，被測因素的變化將對光纖的傳輸特性進行調制，從而使LPG的透射譜特性發(fā)生變化。這樣，探測出LPG透射譜線的變化，即可推知被測變量的變化，這就是LPG傳感的基本原理。

　　1.4 分布式光纖光柵傳感系統(tǒng)

　　目前，除光纖光柵型傳感器的原理性研究之外，分布式光纖傳感系統(tǒng)也是一個重要的研究重點。分布式FBG傳感系統(tǒng)是在一根光纖中串接多個FBG傳感器，每個光柵的工作波長相互分開，在經過3 dB耦合器取出反射后，再用波長探測解調系統(tǒng)同時對多個光柵的波長偏移進行測量，從而檢測出相應被測量的大小和空間分布。

　　分布式光纖傳感系統(tǒng)是一種傳感器網絡，它可以從整體上對被測對象的有關物理量的變化時間、位置進行監(jiān)控。通過對分布式光纖傳感器、執(zhí)行結構、信號處理系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的結合，可形成一個智能結構。目前，分布式光纖傳感系統(tǒng)通常有拉曼型、布里淵型和FBG型三種類型。

　　2 溫度和應變交叉敏感分離技術

　　實現(xiàn)應變和溫度同時測量的方案很多，但是從原理上分析，基本都是基于雙波長矩陣法、雙參量矩陣法、溫度參考光柵法、溫度(應力)補償法和光強測溫法等幾種技術。

　　2.1 雙波長矩陣法

　　雙波長矩陣法是出現(xiàn)較早而且目前應用較為廣泛的一種方案。其基本思想是通過一定方式在一個傳感頭中獲得兩個不同的布拉格波長，并通過檢測這兩個布拉格波長的位移來實現(xiàn)溫度不敏感測量或應變及溫度的同時測量。如果λ1、λ2同時對兩被測量比較敏感。且波長漂移隨溫度和應變的變化為線性，溫度和應變變化獨立或只有微弱擾動，則由下式可得：

　　式中，kTi為布拉格波長的應變靈敏系數(shù)，它與光纖泊松比、彈光系數(shù)和纖芯有效折射率有關;kTi為布拉格波長的溫度靈敏系數(shù)，它與熱膨脹系數(shù)和熱光系數(shù)有關。目前，雙波長矩陣法在溫度和應力區(qū)分測量方面主要有參考光柵法、雙波長重疊FBG法和雙直徑FBG法等。

　　2.2 雙參量矩陣法

　　雙參量矩陣法是運用各種方法將溫度和應力對同一光波的影響分別作用于該光波的不同參量上，然后推導出對應關系，以實現(xiàn)應力和溫度的區(qū)分測量。近年來，有許多方法基于這一思想的交叉敏感問題解決方案。如混合FBG/長周期光柵法、二次諧波法、超結構光柵法等。

　　2.3 溫度參考光柵法