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《光纖光柵傳感器的應(yīng)用及發(fā)展.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、光纖光柵傳感器的應(yīng)用及發(fā)展光纖光柵自從問世以來，就以其優(yōu)良特性成為傳感領(lǐng)域的新亮點。簡要回顧了光纖光柵的發(fā)展歷史，介紹了光纖光柵的分類，著重論述了光纖光柵傳感器的應(yīng)用情況，分析了光纖光柵傳感器的未來發(fā)展趨勢及面臨的問題。光纖光柵的分類：光纖光柵是光纖導(dǎo)波介質(zhì)中物理結(jié)構(gòu)呈周期性分布的一種光子器件。根據(jù)物理機制的不同，可將光纖光柵分為蝕刻光柵和折射率調(diào)制的相位光柵兩類。前者在成柵過程中使光纖的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的物理刻痕，后者主要使纖芯折射率呈周期性分布。目前，無論是發(fā)還是工程實用，后者均占主導(dǎo)地位。因此，通常所說的光纖光柵指的是后者。根據(jù)光敏
2、機制的不同，又可將光纖光柵分為I型、Ⅱ型和Ⅲ型.I型先纖光柵連續(xù)或者能量較弱的多個脈沖光波在光敏光纖中形成的傳統(tǒng)意義上的光折變光柵被稱之為I型光柵Ⅱ型光纖光柵采用單脈沖成柵時發(fā)現(xiàn)，不斷提高脈沖能量存在一個取決于光纖中鍺濃度的閾值(～1?J／cm?)，低于該閾值時形成的光柵均為I型光柵，而高于該閾值時寫入光柵的調(diào)制度變得非常大，反射率接近100％，將此時的光柵稱為Ⅱ型光柵。?Ⅲ型光纖光柵區(qū)別于I型光柵的是，隨著曝光量的增加，折射率呈負(fù)增長趨勢，顯然也不屬于Ⅱ型光柵，因此稱之為Ⅲ型光柵。根據(jù)折射率變化是否均勻，可以將其分為均勻光纖光柵和非
3、均勻光纖光柵兩類。1)均勻光纖光柵指柵格周期沿纖芯軸向均勻且折射率調(diào)制深度為常數(shù)的一類光纖光柵。從柵格周期的長短及波矢方向的差異等因素考慮，這類光纖光柵的典型代表有光纖布喇格光柵(rBG)、長周期光纖光柵(LPG)閃爍光纖光柵?刮等.2)非均勻光纖光柵指柵格周期沿纖芯軸向不均勻或折射率調(diào)制深度不為常數(shù)的一類光纖光柵。從柵格周期的長短及折射率調(diào)制深度等因素考慮，這類光纖光柵的典型代表有線性啁啾光纖光柵、分段啁啾光纖光柵和非均勻特種光纖光柵等。光纖光柵傳感器的應(yīng)用與發(fā)展：1978年，加拿大的Hill等人首次觀察到摻鍺光纖中因光誘導(dǎo)產(chǎn)生光的
4、效應(yīng)J，制成了世界上第一只被稱為“Hill光柵”的光纖光柵。1989年，美國的Meltz等人發(fā)明了紫外光側(cè)面寫入光敏光柵的技術(shù)，為光纖光柵實用化開辟了一條可行的道路。1993年，Hill等人提出了相位掩模寫人技術(shù)，極大地放寬了對寫入光源相干性的要求，使得光纖光柵的制作更加靈活并使光柵的批量生產(chǎn)成為可能。此后，世界各國迅速開展了對光纖光柵及其應(yīng)用的研究。光纖光柵的寫入技術(shù)及光纖光敏化技術(shù)不斷取得新的進(jìn)展，其制作技術(shù)也不斷提高和完善。而光纖光柵獨有的抗電磁干擾、高靈敏度和復(fù)用技術(shù)等優(yōu)勢也逐漸顯現(xiàn)出來。自從1989年美國的Morey等人首次
5、報導(dǎo)光纖光柵用于傳感以來，光纖光柵傳感技術(shù)引起了人們極大的興趣并得到飛速發(fā)展，被廣泛用于溫度、應(yīng)變、壓力、加速度、超聲波、振動、電磁場和折射率等多種物理量的測量，其中一部分光纖光柵傳感系統(tǒng)已經(jīng)實際應(yīng)用。目前，F(xiàn)BG為傳感器件的傳感器成為研發(fā)主流，以LPG和啁啾光纖光柵CFG)為傳感器件的傳感器的研究同樣引起人們的興趣。在土木工程中，對于橋梁大壩、隧道礦井和大型建筑物等來說，其結(jié)構(gòu)會隨著時間的推移或者外界環(huán)境的改變而變化。因此，需要通過測量結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布和局部載荷狀態(tài)來確保其結(jié)構(gòu)健康并安全運行。光纖光柵傳感器尺寸小，既可以貼在現(xiàn)存工程結(jié)
6、構(gòu)的表面，也可以在澆筑時埋入結(jié)構(gòu)中。多個光纖光柵傳感器可以串接成一個傳感網(wǎng)絡(luò)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)分布式實時監(jiān)測。1993年，加拿大卡爾加里附近的BeddingtonTrail大橋首先采用了光纖光柵進(jìn)行應(yīng)力測量，并用此方法長期監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)。此后，國外發(fā)達(dá)國家也都選用光纖光柵傳感器作為橋梁長期安全監(jiān)測的首選技術(shù)。1999年，美國新墨西哥Las?Cruces?10號州際高速公路的一座鋼結(jié)構(gòu)橋梁上安裝了120個光纖光柵傳感器，創(chuàng)造了當(dāng)時在一座橋梁上使用光纖光柵傳感器數(shù)量最多的紀(jì)錄。在我國，近幾年來，隨著國家對安全生產(chǎn)問題的高度重視，大型建筑物安全監(jiān)
7、測與預(yù)警的意義和作用也逐步受到人們的重視。武漢理工大學(xué)將光纖光柵傳感器引入橋梁長期安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中，解決了傳統(tǒng)電測手段無法長期穩(wěn)定監(jiān)測的問題，并應(yīng)用于武漢陽邏長江大橋、武漢長江二橋等十余座大型橋梁的長期安全監(jiān)測，取得了非常好的效果。哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用光纖光柵傳感器完成了lO余項重大工程的健康監(jiān)測。此外，南開大學(xué)與上海紫珊光電技術(shù)有限公司合作，在世博場館大空間結(jié)構(gòu)安全保障關(guān)鍵技術(shù)項目中采用光纖光柵傳感器進(jìn)行健康監(jiān)測?J。這些領(lǐng)域開展的實驗測試和實際應(yīng)用為我國橋梁大壩、隧道礦井及大型建筑物的長期安全監(jiān)測與預(yù)警提供了典范。先進(jìn)的復(fù)合材料抗
8、疲勞、抗腐蝕性能較好，質(zhì)量輕，可以減輕船體或航天器的重量，已經(jīng)越來越多地被用于制造高速航空航海工具。在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造過程中埋入光纖光柵傳感器，可以在飛行器或艦船運行過程中進(jìn)行實時健康監(jiān)測和損傷探測?J。自從光纖光柵傳
