光纤传感器论文

关键词：光纤传感器；介绍；优点；应用
近几年来，物联网发展飞快。

光纤通信与光纤传感技术将在物联网领域发挥重要作用。

光纤具有宽带特性，可将各种传感器复用到一根光纤，进行检测和传输。

由于光纤本身具有电绝缘性好、不受电磁干扰、无火花、能在易燃易爆的环境中，还具有成本低、结构简单、可靠性高等优点，光纤材料用做传感器具有独特的优势。

物联网与光纤传感有相辅相成、相互促进的作用。

各种光纤传感器有望在物联网中得到广泛应用。

ABSTRACT
The Internet of things develop quickly in recent years. Optical fiber communication and optical fiber sensing technology will play an important role in the field of Internet of things. Optical fiber have broadband characteristics, various sensors can be reused to a single fiber to text and transport. Because of the fiber ' s good electrical insulation, not subject to electromagnetic interference, no spark, can in inflammable and explosive environment , also has the
advantages of low cost, simple structure, high reliability , optical fiber materials used for sensor has a unique advantage. The Internet
of things with the optical fiber sensing supplement each other and promote each other. All kinds of optical fiber sensor is expected to be widely used in the Internet of things.
Keywords：Optical fiber grating sensor; Introduction; Advantages; application
引言 (3)
一、光纤传感器触摸的背景场合 (4)
二、光纤传感器的应用原理 (5)
三、光纤传感在机械工程中的应用 (6)
四、光纤传感器的综合归纳 (7)
总结 (8)
参考文献 (8)
致谢 (9)
引言
光纤光栅出现已经有30 年了，它是通过利用光纤的光敏性，由紫外光照射导致纤芯折射率发生变化而制成的一种光纤无源器件。

光纤光栅就相当于一个窄带的滤波器或者反射镜。

当热光效应、弹光效应、法拉第效应等的作用导致反射中心波长发生漂移, 测量此波长的漂移量就可检测外界温度、应力、磁场等的变化, 还可以间接测量加速度、振动、浓度、液位、电流、电压等物理量。

这一个特性可以制成用来检测多种参量的光纤传感器。

随着光纤光栅写入技术和传感器封装技术的不断的完善, 一些光纤光栅传感器已开始规模化生产。

除了由光纤的本征属性所带来的优点, 如质轻、径细、柔韧、化学稳定、耐高温、抗电磁干扰等, 光纤光栅传感器还具有很多独特的优势, 比如传感器的尺寸小,容易埋入结构中, 复用性好, 易于组成网络,能够实现准分布式测量,灵敏度高, 响应速度快,传输距离远,测量信息是波长编码的绝对测量,不受光源的光强波动、光纤连接及耦合损耗等等的特点。

我在这篇论文中介绍了光纤光栅传感器的发展背景，重点还介绍了光纤光栅传感器的应用原理、测量电路。

最后，我还对光纤光栅传感器的应用等进行了综合归纳。

文章最后，我还抒发了自己对于光纤光栅传感器的发展前景的看法。

光纤光栅传感器的研究
电子物联网
一、光纤光栅传感器的背景场合
加拿大通信研究中心早期的光纤是488nm 的可见光波长氩离子激光器。

1987 年的时候，他们首次从光纤中观察到了光子诱导光栅。

光栅的形成是通过增加或延长光纤中的光照时间而来的。

1989 年，第一支布拉格诺波长位于通信波段的光纤光栅研制成功。

1993 年Hill 等人提出了位相掩模技术，使纤芯折射率产生周期性变化写入光栅，这个技术使光纤光栅的制作更加简单、灵活，便于批量生产。

1993 年Alkins 等人采用了低温高压氢扩散工艺提高光纤的光敏特性。

这一技术使光纤光栅可以大批量、高质量的制作。

通过这么多年的努力，这种光纤摆脱了光纤光栅制作中对锗的依赖，使我们可以用普通的光纤也能够制作出高质量的光纤光栅。

随着光纤光栅应用范围的日益扩大，光纤光栅的种类也慢慢的增多。

根据折射率沿光栅轴向分布的形式，可将紫外写入的光纤光栅分为均匀光纤光栅和非均匀光纤光栅。

其中均匀光纤光栅是指纤芯折射率变化幅度和折射率变化的周期（也称光纤光栅的周期）均沿光纤轴向保持不变的光纤光栅，非均匀光纤光栅是指纤芯折射率变化幅度或折射率变化的周期沿光纤轴向变化的光纤光栅。

经过二十多年来的发展，在光纤通信、光纤传感等领域均有广阔的应用前景。

随着光纤光栅制造技术的不断完善，光纤光敏性逐渐提高，各种特殊的光栅也渐渐的出现在了我们的生活中，光纤光栅某些应用已经可以达到商用化程度。

应用成果日益的增多，使得光纤光栅成为目前最有发展前途、最具代表性和发展最为迅速的光纤无源器件之一。

、光纤光栅传感器的应用原理
3db耦合器光纤光栅
光纤传感的原理是通过检测光纤中传输的光波强度、相位、频率（波长）、偏振的变化，感知外界物理量的变化。

光纤传感器可制做成分立的、准连续和分布式的传感测量系统。

可以测量温度、位移、加速度、压力、应变、电场、磁场、转动、气体浓度、流速等各种变量。

光纤光栅技术是利用紫外曝光技术在光纤的芯中引起的折射率的周期性变化而形成的。

光纤光栅中折射率分布是具有周期性的，这导致了某一特定波长光的反射，从而形成光纤光栅的反射谱。

光纤光栅应力传感器是把光纤光栅附着在某一弹性体上，同时进行保护封装。

反射光的波长对温度、应力和应变非常敏感，当弹性体受到压力时时，光纤光栅与弹性体一起发生应变，导致光纤光栅反射光的峰值波长漂移，通过对波长漂移的量的度量来对温度、应力和应变进行测量。

三、光纤光栅传感器的测量电路
（以光纤光栅应力传感器为例）
图2 测量系统光路示意图
光纤光栅传感测量系统分成四个部分组成，第一部分是宽带光源，第二部分是光纤光栅应力传感器，第三部分是基于可调F-P滤波器的波长解调仪，第四部分是计算机及软件分析处理系统。

图中给出等间隔分布多个光纤光栅应力传感器，这些光纤光栅是要串行连接的。

由宽带光源发出的宽带光信号经过隔离器和3dB耦合器传输到串接的传感光栅上，经过这些光纤光栅的波长选择后，一组不同波长的窄带光被反射过来，反射光再次经过3dB耦合器由波长解调仪接收，经过波长解调仪对这些波长进行识别，得到一组应力传感信息，当边坡内部的应力发生变化时，通过光栅解调器检测出波长的变化就是应力变化，之后再输入到计算机进行数据分析处理，最后得到边坡受到压力的分布状况，根据监测对象内部的变化情况，判断是是不是会产生塌方，起到报警的作用。

四、光纤光栅传感器的综合归纳
1、光纤光栅传感器的应用范围很广，主要有以下几个方面：
(1) 城市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的应用。

光纤传感器可预埋在混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中，用于测试应力松弛、施工应力和动荷载应力，从而评估桥梁短期施工阶段和长期营运状态的结构性能。

(2) 在电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变压器和大型电机的定子、转子内温度的检测等，由于电类传感器易受电磁场的干扰，无法在这类场合中使用，只能用光纤传感器。

例如分布式光纤温度传感器就是近几年发展起来的一种用于实
时测量空间温度场分布的高新技术。

(3) 用于易燃易爆物的生产过程与设备的温度测量。

光纤传感器在本质上是防火防爆器件，它不需要采用隔爆措施，十分安全可靠。

与电学传感器相比，既能降低成本又能提高灵敏度。

(4) 它还可以应用于铁路监控、火箭推进系统以及油井检测等方面。

2、光纤光栅传感器的优点归纳：
与传统的传感器相比, 光纤光栅传感器具有自己独特的优点:
(1) 传感头结构简单、体积小、重量轻、外形可变, 适合埋入大型结构中, 可测量结构内部的应力、应变及结构损伤等, 稳定性、重复性好;
(2) 与光纤之间存在天然的兼容性, 易与光纤连接、低损耗、光谱特性好、可靠性高;
(3) 具有非传导性, 对被测介质影响小, 又具有抗腐蚀、抗电磁干扰的特点, 适合在恶劣环境中工作;
(4) 轻巧柔软, 可以在一根光纤中写入多个光栅, 构成传感阵列, 与波分复用和时分复用系统相结合, 实现分布式传感;
(5) 测量信息是波长编码的, 所以, 光纤光栅传感器不受光源的光强波动、光纤连接及耦合损耗、以及光波偏振态的变化等因素的影响, 有较强的抗干扰能力;
(6) 高灵敏度、高分辩力。

总结
目前, 全光纤的通信的研究还处于刚刚开始的阶段，许多技术还不是很完善。

虽然光纤光栅技术的出现，也不能够解决全光纤通信中所有的技术难点，但是对光纤光栅技术的研究可以解决全光纤通信系统中许多关键技术。

所以，我们研究光纤光栅可以促进全光纤通信网的早日实现。

光纤光栅也是将来很长一段时间内光纤通信系统中最具实用价值的无源光器件之一，利用它可以组成多种新型光电子器件。

通过这些器件的良好的性能，我们可以更好的利用光纤通信的带宽资源。

对光纤光栅的研究和开发正逐步深入到
光纤通信系统中的每一小步，将在未来的高速全光通信系统中扮演重要的角色。

在光纤光栅研究成果应用方面，我们国家和国外的差距不是很大，我们应集中力量去发展光纤光栅传感器，使光纤光栅研究成果尽早产业化，为国家经济的增长做出自己的一份贡献。

参考文献：
[1] 徐公权, 段鲲, 廖光裕等译. 光纤通信技术[M]. 北京: 机械工业出版社.
[2] 郁有文，常建，程继红. 《传感器原理及工程应用》. 西安电子科技大学出版社.
[3] 郭凤珍，于长泰编. 光纤传感器技术与应用. 浙江大学出版社.
[4] 杨淑雯.全光光纤通信网[M]. 科学出版社, 2004
致谢
经过半个月的时间，我终于完成了传感器的论文。

在这里，我首先要由衷地感谢我的老师。

是老师给了我们这样一个机会，让我们能够独立的写一篇属于自己的文章。

这一切的一切都凝结了导师的心血。

正是在他的指导帮助下，我的论文才得以顺利完成。

感谢老师这一学期来给予我的教诲。

在此向老师，及帮助过我的朋友，等其他各位学科的老师致以诚挚的谢意。

最后要感谢我的父母亲人，是他们在背后一直默默的支持我。

谨以此文献。