光纤光栅PPT课件

其中α、ξ分别是光纤的热膨胀系数和热光
系数，其值分别为：α＝0.55×10－6，和ξ＝
8.3×10－6，故在λB为1550nm时光纤光栅的温度
灵敏度大约是0.0136 nm /℃；P是有效光弹系数，
大约为0.22，从而应变灵敏度为0.001209 nm
/με。Bragg波长随温度T和应变ε的变化而变
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光纤光栅传感器应用十分广泛，并且 特别适合于恶劣或特殊的环境中。他的主 要应用范围如下：
1、 民用工程：如桥梁、大坝、岸堤、 大型钢结构、建筑等的健康安全监控
2、 航空航天工业：如飞机上压力、温 度、振动、燃料液位等指标的监测
3、 船舶航运业：如船舶的损伤评估及 早期报警
4、 电力工业：由于光纤光栅传感器根 本不受电磁场的影响，所以特别适合于电 力系统中的温度监控
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二、光纤光栅传感原理
现代信息技术是由信息的采集、传输 和处理技术组成，因此传感技术、通信技 术和计算机技术为信息技术的三大支柱。 特别是当今社会已进入以光纤通信为主要 特性的信息时代，光纤传感器产业已被国 内外公认为最具有发展前途的高新技术产 业，它以其技术含量高，经济效益好，渗 透能力强，市场前景广等特点为世人瞩目。
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公司简介
天津爱天光电子科技有限公司是美国 AT.photonics公司在天津的独资分公司， 简称天津爱天公司。公司按国际规范进行 产品质量管理。
主要运营方向是开发、生产和销售不 同用途的各种光学器件以及用于光传感和 光通信领域的光源、光纤光栅传感器、光 纤光栅传感实验仪以及各类光纤光栅传感 监测及测量仪器。
化。故而测量光栅反射波长的变化就可以计算出
相应的待测量的变化，所以上式是光栅传感的基
本方程光纤光栅传感器及其性能。
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光纤光栅的中心波长即随温 度的变化而变化，也随应变的变化 而变化，在光通信领域中，这成为 光纤光栅应用的难题之一，而在传 感领域，它又成为必要的技术基础。
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4.光纤光栅传感系统
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1.光纤及其结构
光纤（Optic Fiber）是光导纤维的简 称，一般由纤芯、包层、涂敷层与护套构 成。如图所示。
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纤芯与包层的材料主体为二氧化硅，纤
芯的折射率略高于包层。 纤芯的芯径一般为 5－75μm，包层的半径为100－200μm。涂 敷层的材料一般为硅酮或丙稀酸盐，用于隔 离杂光。护套为尼龙或其它有机材料以增加 光纤强度用。
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3.光纤光栅及其特点
光纤光栅是用激光干涉的方法写入 光纤纤芯内如图所示。. Nhomakorabea9
满足Bragg条件λB= 2neffΛ的光 将被反射，其余的光将通过光纤如 图所示。neff是有效折射率，Λ为 光栅周期。
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它们都是温度T和轴向应变ε的函数，因此
Bragg波长的相对变化量可以写成：
Δλ/λB =(α+ξ)ΔT+（1－P）ε
天津市爱天光电子科技有限公司
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5、 石油化学工业：光纤光栅本质安全， 特别适合于石化厂、油田中的温度、液位 等的监控
6、 医学：如可遥测核磁共振机中实地 温度，可进行心脏有效率的测量等
7、 核工业中的应用：监视废料站的情 况，监测反应堆建筑的情况等
8、 光纤光栅还可以应用于水听器、机 器人手臂传感、识别安全系统等
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谢谢
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光纤光栅传感器主要特点：
A． 全光纤无源器件，抗电磁干扰，可 用于一些恶劣环境的测量；
B． 与光纤兼容，传输损耗低，容易实 现对被测信号的远距离检测；
C． 为波长检测器件，感应光信号与传 输线路损耗无关；
D． 灵敏度高，长期稳定性好；
E． 耐腐蚀，可靠性高；
F． 反应灵敏，可实时测量；
G． 可级联使用，作分布测量。
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光纤光栅传感器及传感网络
一、概述
随着光通信技术的发展，光通信中的一些技 术逐渐为传感领域中的应用提供了技术平台，光 纤光栅就是其中之一。以光纤光栅技术为基础的 光纤光栅传感器正成为传感器研究领域中的又一 大热点。
同传统的电传感器相比，光纤光栅传感器在 传感网络应用中具有非常明显的技术优势：
1．可靠性好、抗干扰能力强。由于光纤光栅 对被感测信息用波长编码，而波长是一种绝对参 量，它不受光源功率波动以及光纤弯曲等因素引 起的系统损耗的影响，因而光纤光栅传感器具有 非常好的可靠性和稳定性；
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2.光纤的特征
光纤具有抗电磁干扰、抗辐射、耐高 温、防爆、重量轻、灵活方便，由于光是 在光纤内部传输，保密性能好，一根光纤 中可以传输数百个信号，它的频带宽，损 耗小，因此适合远距离传输。光纤的主要 成分是二氧化硅，它的资源十分丰富。因 此其应用范围十分广泛，它被广泛地应用 于光通信和光传感工业中。
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2．传感头结构简单、尺寸小，适于各种应 用场合，尤其适合于埋入材料内部构成所谓的智 能材料或结构；
3．抗电磁干扰、抗腐蚀、能于恶劣的化学 环境下工作；
4．可复用性强，采用多个光纤光栅传感器， 可以构成分布式光纤传感网络。
国外对光纤光栅传感器的研究已经基本实现 了光纤光栅传感器的商品化，工程化，如Blue Road Research、CiDRA、MOI等。国内在光纤 光栅传感器方面的研究工作也取得了一定成果， 其中一部分已经转化为产品。
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三、光纤光栅传感系统
光纤光栅传感器是用光纤光栅制成的 一种新型光纤传感器。光纤光栅是20世纪 90年代发展起来的一种新型全光纤无源器 件，它具有体积小、重量轻、与光纤兼容、 插入损耗低、性能长期稳定性好等特点。 利用光纤光栅制成多种传感器如温度、应 变、应力、加速度、压强等传感器。不同 的光纤光栅传感器可具有不同的工作波长， 因此可以利用波分复用技术，在一根光纤 级联多个光纤光栅传感器作分布式测量。