光纖傳感器的特點有哪些

布拉格光柵傳感器

光纖傳感器通常基于光纖布拉格光柵。許多光纖傳感器的基本原理是光纖布拉格光柵的布拉格波長（即最大反射波長）不僅取決于布拉格光柵周期，還取決于溫度和機械應變。

對于基于二氧化硅纖維的光學應變傳感器，布拉格波長對應變的分數響應比應變本身小約20％，因為應變的直接影響在某種程度上通過折射率的降低而降低。溫度效應接近單獨熱膨脹所預期的溫度效應。應變和溫度的影響可以通過各種技術來區分（例如，通過使用不受應變影響的參考光柵，或者通過組合不同類型的光纖光柵），從而同時獲得兩個量。

對于純應變傳感，分辨率可以是幾μs的范圍（即，相對長度變化幾倍10?^-6），并且精度可能不會低得多。對于動態測量（例如聲學現象），可以實現在1Hz帶寬內優于1nε的靈敏度。

還有布拉格光柵激光傳感器，其中實現了光纖激光器，由兩個光柵和其間的稀土摻雜光纖組成。或者，另一側可以有一個FBG和一個寬帶反射器。當提供泵浦光時，這種裝置產生波長接近布拉格波長的輸出。

準分布式傳感

單根光纖可以包含許多串聯的光柵傳感器（見上文），以監測沿整個光纖的溫度和應變分布。這稱為準分布式傳感。有不同的技術來解決單個光柵（以及沿光纖的某些位置）：

• 在稱為波分復用（WDM）或光頻域反射計（OFDR）的一種技術中，光柵具有略微不同的布拉格波長。甲波長可調?激光器中的詢問器單元可以被調諧到屬于特定的光柵波長，和最大的波長的反射率表示應變或溫度的影響，例如。或者，寬帶光源（例如，超發光源）可以與波長掃描光電探測器（例如，基于光纖Fabry-Pérot）或基于CCD的光譜儀一起使用。。在任何情況下，光柵的最大數量通常在10和50之間，受光源的調諧范圍或帶寬和每個光纖光柵所需的波長間隔的限制。
• 另一種稱為時分多路復用（TDM）的技術使用相同的弱反射光柵，用短光脈沖進行詢問。然后通過它們的到達時間來區分來自不同光柵的反射。時分復用通常與波分復用相結合，以便將不同信道的數量乘以數百甚至數千。
• 光學開關允許人們在不同的光纖線路之間進行選擇，進一步增加可能的傳感器數量。

分布式傳感

其他光纖傳感器不使用光纖布拉格光柵作為傳感器，而是使用光纖本身。然后，傳感原理可以基于瑞利散射，拉曼散射或布里淵散射。例如，光時域反射計是一種使用脈沖探測信號可以定位弱反射的方法。例如，還可以利用布里淵頻移的溫度或應變依賴性。

在某些情況下，測量的量是整個纖維長度的平均值。對于某些溫度傳感器而言，情況也是如此，但對于用作陀螺儀的Sagnac干涉儀也是如此。在其他情況下，測量位置相關的量（例如溫度或應變）。這稱為分布式傳感。

有關更多詳細信息，請參閱光學溫度傳感器和光學應變傳感器的文章

其他方法

除了上述方法之外，還有許多替代技術。一些例子是：

• 光纖布拉格光柵可用于干涉光纖傳感器，其中它們僅用作反射器，并且測量的相移由它們之間的光纖跨距產生。
• 存在布拉格光柵激光傳感器，其中傳感器光柵形成光纖激光?諧振器的端鏡，其包含例如一些摻鉺光纖，其通過光纖線接收一些980nm泵浦光。布拉格波長取決于例如溫度或應變，決定激光發射波長。這種方法具有許多進一步的變化，由于這種光纖激光器的線寬小而具有非常高的分辨率，并且具有非常高的靈敏度。
• 在某些情況下，成對的布拉格光柵被用作光纖法布里 – 珀羅干涉儀，它可以對外部影響做出特別敏感的反應。法布里 – 珀羅干涉儀也可以用其他方法制造，例如在光纖中具有可變的氣隙。
• 長周期光纖光柵對于多參數傳感（例如溫度和應變）特別有用，并且對于對溫度變化具有非常低靈敏度的應變傳感也是如此。

應用

即使經過多年的發展，光纖傳感器仍未取得巨大的商業成功，因為即使它們具有某些局限性，也難以取代已經成熟的技術。然而，對于某些應用領域，光纖傳感器越來越被認為是一種具有非常有趣可能性的技術。這尤其適用于惡劣環境，例如高壓和高功率機械或微波爐中的傳感。布拉格光柵傳感器還可用于監測例如飛機機翼，風力渦輪機，橋梁，大型水壩，油井和管道中的狀況。帶有集成光纖傳感器的建筑有時被稱為“智能結構”;