一、媒介

　　1978 年加拿大渥太华通讯钻研中心的K·O·Hill等人初次在掺锗石英光纤中发现光纤的光敏效应，并选取驻波写入法造成世界上第一根光纤光栅。1989年，美 国结合技术钻研中心的G·Meltz等人实现了光纤Bragg光栅(FBG)的UV激光侧面写入技术，使光纤光栅的造作技术实现了突破性进展。随着光纤光 栅造作技术的不休美满，其利用的成就日益增多，从光纤通讯、光纤传感应光推算和光信息处置的整个领域都将由于光纤光栅的实用化而产生革命性的变动，光纤光 栅技术是光纤技术中继掺铒光纤放大器(EDFA)技术之后的又一沉大技术突破。

　　光 纤光栅是利用光纤中的光敏性造成的。所谓光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间散布产生相应变动的个性。而在纤芯内形成的空 间相位光栅，其内容就是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。利用这一个性可造作出很多机能怪异的光纤器件，它们都拥有反射带宽领域大、 附加损耗幼、体积幼，易与光纤耦合，可与其它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优异机能。

　　光 纤光栅的种类好多，重要分两大类：一是Bragg光栅(也称为反射或短周期光栅)，二是透射光栅(也称为长周期光栅)。光纤光栅从结构上可分为周期性结构 和非周期性结构，从职能上还可分为滤波型光栅和色散赔偿型光栅;其中，色散赔偿型光栅长短周期光栅，又称为啁啾光栅(chirp光栅)。目前光纤光栅的应 用重要集中在光纤通讯领域和光纤传感器领域。

　　在 光纤传感器领域，光纤光栅传感器的利用远景极度辽阔。由于光纤光栅传感器拥有抗电磁滋扰、尺寸幼(尺度裸光纤为125um)、沉量轻、耐温性好(工作温度 上限可达400℃～600℃)、复用能力强、传输距离远(传感器到解调端可达几公里)、耐侵蚀、高活络度、无源器件、易形变蹬着点，早在1988年就成功 地利用在航空、航天领域中作为有效的无损检测傍边，同时光纤光栅传感器还可利用于化学医药、资料工业、水利电力、船舶、煤矿等各个领域，以及在土木工程领域中(如构筑物、桥梁、水坝、管线、隧路、容器、高速公路、机场跑路等)的混凝土组件和结构中测定结构的齐全性和内部应变状态，从而成立灵巧结构，并进一步实现智能构筑。

　　二、光纤光栅传感器的工作道理

　　我们知路，光栅的Bragg波长lB由下式决定：lB=2nL (1)

　　式中，n—芯模有效折射率; L—光栅周期。

　　当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变或其它物理量产生变动时，光栅的周期或纤芯折射率将产生变动，从而使反射光的波长产生变动，通过丈量物理量变动前后 反射光波长的变动，就能够获得待测物理量的变动情况。如利用磁场诱导的左右旋极化波的折射率变动分歧，可实现对磁场的直接丈量。此表，通过特定的技术，还 可实现对应力和温度的别离丈量和同时丈量。通过在光栅上涂敷特定的职能资料(如压电资料)，对电场等物理量的间接丈量也能实现。

　　1、啁啾光纤光栅传感器的工作道理

　　上面介绍的光栅传感器系统，光栅的几何结构是均匀的，对单参数的定点丈量很有效，但在必要同时丈量应变和温度或者丈量应变或温度沿光栅长度的散布时就显得力不从心。此时，选取啁啾光纤光栅传感器就就是一个不错的选择。

　　啁啾光纤光栅由于其优异的色散赔偿能力而利用在高比特远程通讯系统中。与光纤Bragg光栅传感器的工作道理根基一样，在表界物理量的作用下，啁啾光纤光栅除了DlB的变动表，光谱的展宽也会产生变动。这种传感器在应变和温度均存在的场所是极度有效的。由于应变的影响，啁啾光纤光栅反射信号会拓宽，峰值波长也会产生位移，而温度的变动则由于折射率的温度依赖性(dn/dT)，仅会影响沉心的地位。因而通过同时丈量光谱位移和展宽，就能够同时丈量应变和温度。

　　2、长周期光纤光栅(LPG)传感器的工作道理

　　长周期光纤光栅(LPG)的周期通常以为罕见百微米，它在特定的波长上可把纤芯的光耦合进包层，其公式如下：li=(n0-niclad)·L (2)

　　式中，n0—纤芯的折射率;niclad—i阶轴对称包层模的有效折射率。

　　光在包层中将由于包层/空气界面的损耗而迅速衰减，留下一串损耗带。一个独立的LPG可能在一个很宽的波长领域上有很多的共振，其共振的中心波长重要取决于芯和包层的折射率差，由应变、温度或表部折射率变动而产生的任何变动都能在共振中产生大的波长位移，通过检测Dli，就可获得表界物理量变动的信息。LPG在给定波长上共振带的响应通常有分歧的幅度，因而合用于构建多参数传感器。

　　三、光纤光栅传感器的利用

　　1、在地球动力学中的利用

　　在地震检测等地球动力学领域中，地表骤变等景象的道理及其危险性的估定和预测是极度复杂的，而火山区的应力和温度变动是目前为止可能揭示火山活动性及其关 键活动领域演变的最有效伎俩心。光纤光栅传感器在这一领域中的利用重要是在岩石变形、垂止仞波的检测以及作为地形检波器和光学地震仪使用等方面
；疃 应变通常蕴含静态和动态两种，静态应变(蕴含由火山产生的静态变形等)通常都定位于与地质变形源很近的距离，而以震源的震波为代表的动态应变则可能在与震 源较远的地球周边环境中检测到。为了得到相当正确的震源或火山源的地位，更好地描述源区的几何状态和演变情况，必要使用密集分列的应力-应变丈量仪。光纤 光栅传感器是能实现远距离和密集分列复用传感的宽带、高网络化传感器，切合地震检测等的要求，因而它在地球动力学领域中无疑拥有较大的潜在用处。有报路指 出，光纤光栅传感器已成功检测了频率为0.1Hz～2Hz，大幼为10-9 e的岩石和地表动态应变。

　　2、在航天器及船舶中的利用

　　先进的复合伙料抗委顿、抗侵蚀机能较好，并且能够减轻船体或航天器的沉量，对于急剧航运或飞行拥有沉要意思，因而复合伙料越来越多地被用于造作航空航海工具(如飞机的机翼)。

　　为全面衡量船体的情况，必要相识其分歧部位的变形力矩、剪切压力、船面所受的报复力，通常船体约莫必要100个传感器，因而波长复用能力极强的光纤光栅传 感器最适合于船体检测。光纤光栅传感系统可丈量船体的弯曲应力，并且可丈量波浪对湿船面的报复力。拥有过问探测机能的16路光纤光栅复用系统成功实现了带 宽为5kHz领域内、分辨率幼于10ne/(Hz)1/2的动态应变丈量。

　　另表，为了监测一架飞行器的应变、温度、振动，起落驾驶状态、超声波场和加快度情况，通常必要100多个传感器，故传感器的沉量要尽量轻，尺寸尽量幼，因 此最灵巧的光纤光栅传感器是最好的选择。另表，现实上飞机的复合伙猜中存在两个方向的应变，嵌人资猜中的光纤光栅传感器是实现多点多轴向应变和温度丈量的 梦想智能元件。

　　3、在民用工程结构中的利用

　　民用工程的结构监测是光纤光栅传感器最活跃的领域。对于桥梁、矿井、隧路、大坝、构筑物等来说，通过丈量上述结构的应变散布，能够预知结构部门的载荷及状 况，方便进行守护和情况监测。光纤光栅传感器能够贴在结构的表表或预先埋入结构中，对结构同时进行冲击检测、状态节造和振动阻尼检测等，还以监督结构的缺 陷情况。另表，多个光纤光栅传感器能够串接成一个传感网络，对结构进行准散布式检测，并通过推算机对传感信号进行远程节造。

　　光纤光栅传感器能够检测的构筑结构之一为桥梁。利用时，一组光纤光栅被粘于桥梁复合筋的表表，或在梁的表表开一个幼凹槽，使光栅的裸纤芯部门嵌进凹槽中 (便于防护)。若是必要越发美满的
；，则最好是在建造桥时把光栅埋进复合筋。同时，为了建改温度效应引起的应变，可使用应力和温度分隔的传感臂，并在每 一个梁上均装置这两个臂。

　　两个拥有一样中心波长的光纤光栅包动作布里-珀罗过问仪的反射镜，形玉成光纤法布里-珀罗过问仪(FFPI)，利用低有关性使过问的相位噪声最幼化，这一 步骤实现了高活络度的动态应变丈量。用FFPI结合另表两个FBG，其中一个光栅用来测应变，另一个被
；て鹄(免受应力影响)，以丈量和建改温度效应， 同时实现了对三个量的丈量：温度、静态应变、瞬时动态应变。这种步骤兼有过问仪的有关性和光纤布拉格光栅传感器的利益，在5me的丈量领域内，实现了幼于 1me的静态应变丈量精度、0.1℃的温度活络度和幼于1ne/(Hz)1/2的动态应变活络度。