光纤光栅网络传感技术的原理与应用重点

1、|T*cnr asdIw Uniau Scae Ncwtloo Tl Im IBG *，*!*, m4 mK “ 21 rF* QO ate *e Dmw W* * TWr“*和）kkw ate”,yrMl * ftvwe4 levBtafi F*l exnfGMGMV.*I FKRWI中 iNfW twT*d 一*“. I* b Am 11TIHBri第1期刘盛春等：光纤光栅网络传感技术的原理与应用 99网络布置灵活性 更高；同样复用数目的FB G,采用SDM的方法可以减少传感元件间的串音。空 分复用一般不单独使用，通过它与波分、时分复用的互补性，将三种技术有机的集 合起来形成 W DM +

2、 SDM、TDM + SDM 和SDM + W DM + TDM 等几种形式 感 网络的传感器容量。15,大大增加和传为了说明混合波分复用传感网路的原理， 我们以有源波、空分复用FB G传感网络原理 来说明，如图12所示16 , FB G作 为传感器和 环形腔端镜，经FB G反射光经由耦合器，通过F 2P滤波器和隔离器后 经EDF放大形成闭合回路，其能量得到加强。控制器通过控制压电陶瓷伸缩来改 变F 2P滤波器透过波长。当滤波器透过波长与光栅传感串上某一传感光栅的布拉 格波长一致时，闭合腔中便建立相应的 环形振荡”产生布拉格波长的激光输出。 通过变化控制器电压改变F 2P滤波器投射波长实现 对

3、传感光栅地址查询。用1 3 光开关将有效寻址信道在3组10个传感元的光栅串间切换，即组成3 X10空、波 分复用光纤光栅传感器阵列进行查询。用非平衡M iche Iso n扫描干涉仪将来自传感光栅的波长漂移 信息变为相移信息实现解调。锁定来自某一光栅的信号后，反馈装置可以保证系统具备自动追踪感测信号 的能力。314码分复用CDM (C ode -Divis ion M ult ip lex ing传感网络W DM传感系统的传感器数目受到光源带宽和每个 传感器传感范围的制约。时分复用中每个光脉冲时间周期必须大于光从调制器出发到最后一个传感光栅信号反射出串联传感光纤的时间才能避免多传感器反射脉冲之

4、间的重叠，这极大限制了高速、 大规模、长距离监测网络的应用。因此，有人 提出了码分复用技术。 它借助了通讯中的CDM A技术将特殊编码的光信号注入 到传感器系统，然后在接收端通过解码器解出相关传感信息。相关模拟表明在仅有 2 nm带宽中即可实现复用20个传感器的能力，极大扩展了单根光纤复用 传感器的 数目17。图12有源波、空分复用FB G传感网络原理图4 F BG传感器的应 用FB G传感器作为一个新型的传感元件，近年来在传感领域的应用受到普遍关 注。据目前报道，FB G传感器可以监测的物理量有：应力、压力、温度、位移、 电流、电压、磁场、频率、压强、扭角、扭矩、加速度、热膨胀系数、振动 等

5、很多种物理量。FB G传感网络开始也逐 步开始应用到工业生产、桥梁、大坝等各个民用领域。FB G传感器高灵敏度的特性在军事方面得到了高度的重视。利 用光纤光栅大规模组网来监测军用飞机机翼的健康状况；有利用FB G传感器来替 代传统应 变片来监测射击过程中枪筒的轴向和径向瞬间的应变情况。另外潜艇降 噪技术在近二十年的时间内获得了极大发展，出现了所谓 寂静型”潜艇，这样大 阵列、高精度水听器受到世界各主要海军国的高度重视。FB G传感网络使得水听器大规模阵列布置更加方便。所以近几年，许多国家陆续开展了各种光纤水听器 18 和FB G水听器的研制工作。由于裸 FB G对水声信号的反应灵敏度不高,所

6、以最近几年人们研究很多种封装结构，图13为FB G水听器的一种封装结构，通 过一平面圆形薄板将动态压力直接转换为光纤光栅的轴向动态应变，由于光纤光栅图受到拉伸以及本身的弹光效应，再转化为光纤光栅中心反射波长的动态变化。13平面薄板结构光纤水听器示意图100军事通信技术2009年 5结束语FB G传感器是一个新型可 组成大规模网络的传感器，在许多方面有着非常广阔的发展前景。在很多场合都能找到适合FB G传感器应用的实例。FB G传感器在很多领域取得了实际的应用，大 有取代部分电学量 传感器的趋势。相信随着与FB G相关电子技术的发展,FB G 传感器必将获得更加广泛的应用。同时 FBG传感技术还

7、在发展，最新的比较令人感兴趣的就是光纤光栅激光器传感器，这种传感器的精度高，速度快，是未来非常 有前途的FB G传感技术。参考文献：1 Ker sey A D, B e rkoff T A , M o rey WW. H igh 2reso lutio n f ibe r2 gra ting ba sed st rain senso r w ith in te rfe rom e trie w ave2 length 2shift detect ion J . Elect ron L ett , 1992, 28( 3 : 2362238. 2 C ulshaw B , Dak in J. O

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