本文介绍了光纤光栅传感体系的构成，剖析了光纤光栅传感体系所用的3种不同的光源LED，LD和掺铒光源的功能，论述了光纤光栅传感器的作业原理和各种不同的温度和应力的区别丈量办法，描绘了滤波法、干与法、可调窄带光源法等几种常用的信号解调技能，最终，提出习惯未来的需求怎么对光纤光栅传感体系的光源、光纤光栅传感器和信号解调进行优化。
自1978年，加拿大的Hill等人初次在掺锗石英光纤中发现光敏现象并选用驻波法制造出国际上第一根光纤光栅和1989年美国的Melt等人完结了光纤Bragg光栅(FBG)的UV激光旁边面写入技能以来，光纤光栅的制造技能不断完善，人们对光纤光栅在光传感方面的研讨变得更为广泛和深化。光纤光栅传感器具有一般传感器抗电磁干扰、灵敏度高、尺度小、重量轻、本钱低，适于在高温、腐蚀性等环境中运用的长处外，还具有本征自相干能力强和在一根光纤上运用复用技能完结多点复用、多参量分布式区别丈量的共同优势。故光纤光栅传感器已成为当时传感器的研讨热门。由光源、光纤光栅传感器和信号解调体系为主构成的光纤光栅体系怎么能够在降低本钱、进步丈量精度、满意实时丈量等方面的条件下，使各部分到达最优匹配，满意光纤光栅传感体系在现代化各个范畴有用化的需求也是研讨人员要点考虑的问题。
本文对光纤光栅传感体系进行了介绍，对光纤光栅体系的宽带光源进行了阐明，要点剖析了光纤光栅传感器的传感原理及怎么区别丈量技能，对信号常用的信号解调办法进行了总结，最终，提出为习惯未来的需求对体系各部分的优化办法。
1、光纤光栅传感体系
光纤光栅传感体系首要由宽带光源、光纤光栅传感器、信号解调等组成。宽带光源为体系供给光能量，光纤光栅传感器运用光源的光波感应外界被丈量的信息，外界被丈量的信息经过信号解调体系实时地反映出来。
1.1 光 源
光源功能的好坏决议着整个体系所送光信号的好坏。在光纤光栅传感中，因为传感量是对波长编码，光源有必要有较宽的带宽和较强的输出功率与稳定性，以满意分布式传感体系中多点多参量丈量的需求。光纤光栅传感体系常用的光源的有LED，LD和掺杂不同浓度、不同品种的稀土离子的光源。LED光源有较宽的带宽，可到达几十个纳米，有较高的可靠性，但光源的输出功率较低，且很难与单模光纤耦合。LD光源具有单色性好、相干性强、功率高的特色。但LD光谱的稳定性差(4&TImes;10-4/℃)。因而，这2种光源本身的缺陷约束了它们在光传感中的运用。掺杂不同品种、不同浓度的稀土离子的光源研讨最广泛的是掺铒光源。现在C波段掺铒光源现已研发成功并运用，跟着光通讯中对通讯容量和速度的要求及分布式光纤传感密布布点对光源带宽要求，L波段的研讨越来越重要。有研讨者提出C+L波段的研发计划以进步光源的带宽和功率。掺铒光源在温度稳定性方面比半导体光源进步2个数量级，一起，能供给较高的功率、宽的带宽和较长的运用寿命，因而，能够扩展光纤光栅传感器的丈量规模，进步检测的信噪比。
1.2 光纤光栅传感器
光纤光栅传感器能够完结对温度、应变等物理量的直接丈量。因为光纤光栅波长对温度与应变一起灵敏，即温度与应变一起引起光纤光栅耦合波长移动，使得经过丈量光纤光栅耦合波长移动无法对温度与应变加以区别。因而，处理穿插灵敏问题，完结温度和应力的区别丈量是传感器有用化的条件。经过必定的技能来测定应力和温度改动来完结对温度和应力区别丈量。这些技能的基本原理都是运用两根或许两段具有不同温度和应变呼应灵敏度的光纤光栅构成双光栅温度与应变传感器，经过确认2个光纤光栅的温度与应变呼应灵敏度系数，运用2个二元一次方程解出温度与应变。区别丈量技能大体可分为两类，即，多光纤光栅丈量和单光纤光栅丈量。
多光纤光栅丈量首要包含混合FBG/长周期光栅(long period graTIng)法、双周期光纤光栅法、光纤光栅/F-P腔集成复用法、双FBG堆叠写入法。各种办法各有优缺陷。FBG/LPG法解调简略，但很难确保丈量的是同一点，精度为9&TImes;10-6，1.5℃。双周期光纤光栅法能确保丈量方位，进步了丈量精度，但光栅强度低，信号解调困难。光纤光栅/F-P腔集成复用法传感器温度稳定性好、体积小、丈量精度高，精度可达20&TImes;10-6，1℃，但F-P的腔长调理困难，信号解调杂乱。双FBG堆叠写入法精度较高，可是，光栅写入困难，信号解调也比较杂乱。
单光纤光栅丈量首要包含用不同聚合物资料封装单光纤光栅法、运用不同的FBG组合和预制应变法等。用聚合物资料封装单光纤光栅法是运用某些有机物对温度和应力的呼应不同添加光纤光栅对温度或应力灵敏度，战胜穿插灵敏效应。这种办法的制造简略，但挑选聚合物资料困难。运用不同的FBG组合法是把光栅写于不同折射率和温度灵敏性或不同温度呼应灵敏度和掺杂资料浓度的2种光纤的衔接处，运用不同的折射率和温度灵敏性不同完结区别丈量。这种办法解调简略，且解调为波长编码避免了应力会集，但具有损耗大、熔接处易开裂、丈量规模偏小等问题。预制应变法是首先给光纤光栅施加必定的预应变，在预应变的情况下将光纤光栅的一部分牢固地张贴在悬臂梁上。应力开释后，未张贴部分的光纤光栅形变康复，其间心反射波长不变;而张贴在悬臂梁上的部分形变不能康复，然后导致了这部分光纤光栅的中心反射波长改动，因而，这个光纤光栅有2个反射峰，一个反射峰(张贴在悬臂梁上的部分)对应变和温度都灵敏;另一个反射峰(未张贴部分)只对温度灵敏，经过丈量这2个反射峰的波长漂移能够一起丈量温度和应变。
1.3 信号解调
在光纤光栅传感体系中，信号解调一部分为光信号处理，完结光信号波长信息到电参量的转化;另一部分为电信号处理，完结对电参量的运算处理，提取外界信息，并以人们了解的办法显示出来。其间，光信号处理，即传感器的中心反射波长的盯梢剖析是解调的要害。光纤光栅传感器中心反射波长最直接的检测仪器是光谱仪。这种办法的长处是结构简略、运用方便。缺陷是精度底、价格高、体积大，并且，不能直接输出对应于波长改动的电信号。因而，不能满意有用化自动控制的需求。为此，人们研讨并提出了多种解调办法，以完结信号的快速、准确提取。可分为滤波法、干与法、可调窄带光源法和色散法等。
滤波法包含体滤波法、匹配光栅滤波法、可调谐F-P滤波法。体滤波法的元件是波分复用器。作业原理是从耦合器出射的光分红等强度的两束，一束经与波长有关的滤波器滤波;另一束作为参阅光束，两束出射光经过光电探测器变成电信号，经过处理消除光功率改动的影响，最终，得到与光纤光栅中心波长有关的输出值。该办法能够完结动态和静态参量的丈量。分辨力为375×10-6，动态应变丈量呼应速度不超越100Hz匹配光栅滤波法是运用其他的FBG或带通滤波光器材，在驱动元件的效果下盯梢FBG的波长改动，然后，经过丈量驱动元件的驱动信号来取得被测应力或温度。该办法结构简略、线性度好，分辨力可达0.4×10-6。该办法能够完结静态丈量。但这种办法的不足之处是2个光栅要严厉匹配，且传感光栅的丈量规模不大。可调谐F-P滤波器法是传感阵列FBG的反射信号进入可调光纤F-P滤波器(FFP)，调理FFP的透射波长至FBG的反射峰值波长时，滤波后的透射光强到达最大值，由FFP驱动电压—透射波长联系可得FBG的反射峰值波长。扫描加上扰动信号构成波长确定闭环，其应力分辨力可达0.3×10-6。该解调法可完结动态和静态的丈量。因为FFP滤波器腔的调谐规模很宽，能够完结多传感器的解调。但高精度FFP本钱较高。
滤波解调法结构简略，但很难进一步进步其传感精度。干与法却具有更高精度，能够大大进步传感分辨力。可调窄带光源解调法可取得很高的信噪比和分辨力，试验所得最小波长分辨力约为2.3pm，对应温度分辨力约为0.2℃，但因为现在的光纤激光器的稳定性及可调谐规模不太抱负，在必定程度上约束了光纤光栅传感器的个数和运用规模。
2、光纤光栅传感体系的开展趋势
为了习惯未来光纤光栅传感体系网络化、大规模、准分布式丈量。许多研讨者正在光纤光栅传感体系的各方面进行不断的研讨，使体系得到优化。光纤光栅传感体系的优化首要从三方面考虑，即，光源、光纤光栅传感器及信号解调。关于传感体系的优化，首要是依据传感器的数目、传感器的灵敏度和解调体系的分辨力，依据实践的丈量需求，装备不同的光源、传感器和解调体系，使得本钱低、丈量误差小、丈量精度高。针对未来光纤光栅传感体系网络化的要求，应运用稳定性好、宽带、高输出功率的光源。掺铒、掺钕、掺镱等离子的光源是往后开展的要点。光纤光栅传感器既能完结单参量的丈量，又能完结多参量的丈量。当单参量丈量时，应进步传感器的灵敏度和测验精度。在实践运用中，要注意传感器的灵敏度和量程之间的折中。灵敏度高了，量程天然小了。这是因为光纤光栅的应变有一个极限值，超越这个极限值光栅就会被损坏。为完结准分布式丈量，传感器复用数目较多，在安置传感器时，有时一个点要安置灵敏度不同的多个传感器，以完结温度和压力的大规模丈量。因为传感量首要是细小波长偏移为载体，所以，一个有用的信号解调计划有必要具有极高的波长分辨力。其次，要处理动态与静态信号的检测问题，尤其是二者的结合性检测已成为光栅传感有用解调技能中的难点。光纤光栅传感体系运用最大的优势在于很好地进行传感器的复用完结分布式传感，如，美国的Micron Optics公司，新推出的FBGSLI选用可调激光扫描办法，运用时分技能，能够一起对四路光纤多达256个Bragg光栅进行查询。因而，未来的光纤光栅传感体系将能满意单点高精度的实时丈量，又能习惯网络化的准分布式的多点、多参量的测验要求，在未来的传感范畴发挥更大的效果。
3、结束语
跟着对光纤光栅传感体系的深化研讨，其研讨的要点：一是对传感器能一起感测应变和温度改动的研讨;二是对信号解调体系的研讨;三是对光纤光栅传感器的封装技能、温度补偿技能、光源稳定性、传感体系网络化等实践运用研讨。特别是跟着全光网络的开展，光纤光栅传感体系能够运用老练的波分复用、时分复用和空分复用技能，以完结准分布式光纤传感，复用数目多、丈量精度高、灵敏度高的光纤光栅体系网将会在生产范畴中有更广泛的运用。
