光纤光栅传感器

近年来。随着光纤通信技术向着超高速、大容量通信系统的方向发展，以及逐步向全光网络的演进．在光通信迅猛发展的带动下，光纤光栅已成为发展最为迅速的光纤无光源器件之一。光纤在紫外光强激光照射下，利用光纤纤芯的光敏感特性．光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应的变化。这样，在光纤轴向上就会形成周期性的折射率波动，即为光纤光栅。由于光纤光栅具有高灵敏度、低损耗、易制作、性能稳定可靠、易与系统及其它光纤器件连接等优点，因而在光通信、光纤传感等领域得到了广泛应用。为此。本文从光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅等光纤光栅的原理出发，综述了光纤布拉格光栅对温度、应变同时测量技术的应用。

作用于光纤光栅的被测物理量(如温度、应力等)发生变化时，会引起n和A的相应改变，从而导致λB的漂移；反过来，通过检测λB的漂移。也可得知被测物理量的信息。Bragg光纤光栅传感器的研究主要集中在温度和应力的准分布式测量上。

利用磁场诱导的左右旋极化波的折射率变化的不同，可实现对磁场的直接测量。如通过在光栅上涂敷特定的功能材料(如压电材料)，可实现对电场等物理量的间接测量。

由于光纤光栅传感器具备许多不可替代的优越性，因此，自G．Meltz等人首次报道将光纤布拉格光栅应用于传感器以来，已经在生物医学、桥梁、大坝智能材料、航空航天、民用工程结构等许多领域得到了广泛的应用。

生物医学应用

光纤相干层析成像技术(OCT)主要应用于生物、医学、化学分析等领域，如视网膜扫描、胃肠内视以及用于实现彩色多普勒(CDOCT)血流成像等。OCT为生物细胞和机体的活性检测提供了一种有效的方式，因此，世界上有许多国家都开发出相应的产品。德国的科学家近期推出了一台可用作皮肤癌诊断的OCT设备。此外，利用OCT可以实现深度测量(～1mm)的优势，并已有实例应用于对生长中的细胞进行观察和监测。

智能桥梁建筑材料应用

智能材料是指将敏感元件嵌入被测构件机体和材料中，从而在构件或材料常规工作的同时实现对其安全运转、以及故障的实时监控。将光纤应用于桥梁测试中，可实现对桥梁钢索的索力及预应力连续混凝土梁内部应力、应变特性的测量和测控，从而构成智能桥梁。加拿大的Rotest公司基于fabry-Perot白光干涉原理研制的光纤传感器具有很高的精度和重复性，可安装在材料或建筑物表面或埋入内部，对应变、位移、裂缝、空隙压力等进行监测；我国的缪延彪教授建立了一种新的波长干涉仪试验系统，该系统可实现较大范围的绝对距离测量。

航天航空导航系统应用

上世纪90年代，Vali和Shorthill首次提出并实验验证了I-FOG原理，同时通过采用消偏结构、3轴I-FOG、EDFA光源等新型光纤器件和技术，可使光纤光栅传感器具有成本低、体积小、重量轻和性能高等优势，故在航天及军事领域获得了广泛的应用。例如，汉普顿大学和NASA兰利研究中心。利用光纤光栅温度／剪切应力传感器，来分辨温度和剪切应力引起的布拉格波长偏移，从而广泛应用于空气动力学设备。

工矿企业系统

基于光纤的弹光效应，FBG器件的应力传感器已被广泛应用于应力监测中。在许多特殊场合，如核工业、化工、石油钻探等都应用了监测传感系统。据报道，2001年，美国CiDRA公司采用光纤布拉格光栅传感器在加利福尼亚的Baker油田进行了压力测试，测程为0～103 MPa，准确度为±41．3 kPa，分辨率为2．06 kPa，可见其具有非常高的精度。法国Alstom公司铁路部的Transport S．A．领导研制了一种安装有FBG的智能型新型复合材料的转向架。

目前，除光纤光栅型传感器的原理性研究之外，分布式光纤传感系统也是一个重要的研究重点。分布式FBG传感系统是在一根光纤中串接多个FBG传感器，每个光栅的工作波长相互分开，在经过3 dB耦合器取出反射后，再用波长探测解调系统同时对多个光栅的波长偏移进行测量，从而检测出相应被测量的大小和空间分布。

分布式光纤传感系统是一种传感器网络，它可以从整体上对被测对象的有关物理量的变化时间、位置进行监控。通过对分布式光纤传感器、执行结构、信号处理系统、传输系统和控制系统的结合，可形成一个智能结构。目前，分布式光纤传感系统通常有拉曼型、布里渊型和FBG型三种类型。