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摘 要

本文全面系统的介绍了光纤光栅传感技术的发现过程。随着科学技术的不断进步，带动了光纤光栅传感器的发展和不断改进过程程。光纤光栅传感器的动态测量原理。与传统的传感器相比，光纤光栅传感器有哪些的优势，以及其具有体积小、质量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强等一系列的特性。光纤光栅传感器在各个领域中都有广泛的应用，其发展前景相当可观。

关键词：光纤光栅.传感器.发展.特性.前景

Abstract: This paper describes a comprehensive system of discovery of fiber Bragg grating sensing technology process. With the continuous progress of science and technology, promote the development of fiber Bragg grating sensor and the continuous improvement of Cheng Cheng. Dynamic measuring principle of optical fiber grating sensors. Compared with the traditional sensor, fiber grating sensors have what advantage, and it has the characteristics of small size, light weight, corrosion resistance, strong anti electromagnetic interference ability and a series of. Fiber grating sensor has been widely used in various fields, the prospect of considerable.

Keywords: optical fiber grating sensors. Development. Characteristics. Prospect.

目 录

1 绪论 3

2 光纤光栅传感器 4

2.1 光纤光栅传感器的发展历程 4

2.2 光纤光栅传感的工作原理 4

2.3 光纤光栅传感器的分类 5

3 动态电磁场的测量原理 5

4 光纤光栅传感器与传统的传感器相比有哪些优势 6

4.1 光纤光栅传感器特性 6

4.2 传统的传感器相比,光纤光栅传感器具有哪些优点 7

5 光纤光栅传感器的应用 7

5.1 航空航天 8

5.2 舰船 9

5.3 电力工业 10

5.4 土木工程中安全健康测量 11

6 光纤光栅传感器的未来发展前景 12

结 论 14

参 考 文 献 15

致谢 16

1 绪论

光纤光栅是近十几年以来，发展比较迅速的光纤器件，现已成为传感领域中最重要的器件之一。光纤光栅传感技术的应用也是随着光纤光栅写入技术的不断改进而发展起来的，光纤光栅传感器也逐渐在实际应用中得到推广。比如说，光纤光栅传感器对于建筑桥梁的安全与健康的检测发挥了重要作用，可用于航天飞机运行状态安全监测，可用于油气井下压力和流量的测量，随着光纤光栅传感器的研究的不断完善，光纤光栅传感器的应用范围也在不断地深入扩大。

在1978年，加拿大通信研究中心的K.O.Hill等人第一次发现纤芯掺锗的光纤具有光敏的特性，并利用驻波干涉的方法制成了世界上第一根光纤光栅。光纤的光敏特性主要是指光纤的折射率接受一些波长的激光照射后，会发生永久改变的特性。一般情况下，在紫外光的照射下，折射率会增大。具有光敏特性的光纤主要是指纤芯内掺锗的光纤，受到紫外光照射后，纤芯内的折射率会增加，而包层的折射率则保持不变。

2 光纤光栅传感器

2.1 光纤光栅传感器的发展历程

光纤光栅利用光纤材料的光敏性（即指外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用从而导致折射率发生永久性的变化过程）在纤芯内形成空间相位的光栅，其发展可以概括的分为两个阶段。

2.1.1 第一个阶段，关于基础实验阶段 在1978年，加拿大的K.O.Hill等人在研究掺锗光纤的非线性效应的试验中，第一次观察到了光纤的光敏性和由此形成的光纤光栅。由于这种技术的写入效率比较低，写入布拉格波长会受到激光写入波长的限制等因素，导致了光纤光栅传感技术在此后的十年之间的研究进展缓慢。

2.1.2 第二个阶段，技术发展阶段 在1989年，美国的G.Meltz等人首次发明了紫外侧写的分振幅干涉法，该分振幅干涉侧写法写入效率获得了显著的提高，由于其操作方式简单，对光纤光栅写入的技术的研究有了很大的促进效果，从而得到了广泛的应用，并在世界范围内掀起了对光纤光栅传感技术的研究高潮。1993年，K.O.Hill等人又提出了相位掩模的写入方法，这种方法也已成为使用最为广泛的方法，并使对光纤光栅的批量起到了推波助澜的功效，而光纤Brrag光栅也被认为是最理想的传感单元。

2.2 光纤光栅传感的工作原理

纤光栅利用光纤材料的光敏性（即指外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用从而导致折射率发生永久性的变化过程）在纤芯内形成空间相位的光栅，通俗的讲，就是在光纤上可以通过使用紫外光刻的方式来刻写光栅，能够达到在10mm的光纤光栅中包含了10000个在纤芯中规则分布的微小的反射镜面，应变、压力、温度等物理量的变化与所导致的栅距变化呈线性，光栅反射波长会随着栅距的变化呈现出线性的变化。

2.3 光纤光栅传感器的分类

利用光纤光栅温度、应变敏感的特性，通过对传感元件探头的精心设计与封装，可以达到测量各种物理参数的效果：

温度、应变、压力、位移、液位、加速度、气体含量、弯曲以及动态电磁场.

3 动态电磁场的测量原理

在1994年，Kersey和Marrone报道了基于法拉第电磁效应的FBG磁场探测传感器。法拉第电磁效应表明在磁场作用下可以通过FBG的左旋和右旋偏振光的折射率大小发生微小的变化。假设沿着FBG轴向施加磁场H，左旋和右旋偏振光的折射率变化状况可以表示为：

3.11a

3.11b

式（3.11）中，下标“ ”和“—”分别代表FBG中右旋和左旋的偏振光。对于硅光纤，由于法拉第电磁效应灵敏度是硅光纤固有的维尔德（偏振光磁旋）常数，而这个常数很小，在1.3附近，其值约为,所以，FBG的灵敏度非常小，其折射率的变化可以确定表示为

3.12

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