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光柵傳感器的種類與特點(diǎn)

2020-2-19  閱讀(890)

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光纖光柵的種類很多,主要分兩大類:一是Bragg光柵(也稱為反射或短周期光柵),二是透射光柵(也稱為長周期光柵)。光纖光柵從結(jié)構(gòu)上可分為周期性結(jié)構(gòu)和非周期性結(jié)構(gòu),從功能上還可分為濾波型光柵和色散補(bǔ)償型光柵:其中,色散補(bǔ)償型光柵是非周期光柵,又稱為啁啾光柵(chirp光柵)。目前光纖光柵的應(yīng)用主要集中在光纖通信領(lǐng)域和光纖傳感器領(lǐng)域。

 

在光纖傳感器領(lǐng)域,光纖光柵傳感器的應(yīng)用前景十分廣闊。由于光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、尺寸?。?biāo)準(zhǔn)裸光纖為125um)、重量輕、耐溫性好(工作溫度上限可達(dá)400℃~600℃)、復(fù)用能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)(傳感器到解調(diào)端可達(dá)幾公里)、耐腐蝕、高靈敏度、無源器件、易形變等優(yōu)點(diǎn),早在1988年就成功地應(yīng)用在航空、航天領(lǐng)域中作為有效的無損檢測當(dāng)中。

 

同時(shí)光纖光柵傳感器還可應(yīng)用于化學(xué)醫(yī)藥、材料工業(yè)、水利電力、船舶、煤礦等各個(gè)領(lǐng)域,以及在土木工程領(lǐng)域中(如建筑物、橋梁、水壩、管線、隧道、容器、高速公路、機(jī)場跑道等)的混凝土組件和結(jié)構(gòu)中測定結(jié)構(gòu)的完整性和內(nèi)部應(yīng)變狀態(tài),從而建立靈巧結(jié)構(gòu),并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能建筑。

 

光柵傳感器的種類

 

光柵主要分兩大類:一是Bragg光柵(也稱為反射或短周期光柵);二是透射光柵(也稱為長周期光柵)。

 

光纖光柵從結(jié)構(gòu)上可分為周期性結(jié)構(gòu)和非周期性結(jié)構(gòu),從功能上還可分為濾波型光柵和色散補(bǔ)償型光柵,色散補(bǔ)償型光柵是非周期光柵,又稱為啁啾光柵(Chirp光柵)。

 

光柵傳感器的特點(diǎn)

光纖Bragg光柵傳感器

 

光纖光柵是利用光纖中的光敏性制成的。所謂光纖中的光敏性是指激光通過摻雜光纖時(shí),在纖芯內(nèi)產(chǎn)生沿纖芯軸向的折射率周期性變化,從而形成永玖性空間的相位,光纖光柵的折射率將隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)變化。而在纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵,其作用的實(shí)質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。

 

當(dāng)一束寬光譜光經(jīng)過光纖光柵時(shí),滿足光纖光柵布拉格條件的波長將產(chǎn)生反射,其余的波長將透過光纖光柵繼續(xù)往前傳輸,利用這一特性可制造出許多性能*的光纖器件。

 

啁啾光纖光柵

 

光柵傳感器的特點(diǎn)

與光纖Bragg光柵傳感器的工作原理基本相同,在外界物理量的作用下啁啾光纖光柵除了△λB的變化外,還 會引起光譜的展寬。

 

這種傳感器在應(yīng)變和溫度均存在的場合是非常有用的,啁啾光纖光柵由于應(yīng)變的影響導(dǎo)致了反射信號的拓寬和峰值波長的位移,而溫度的變化則由于折射率的溫度依賴性(dn/dT),僅影響重心的位置。通過同時(shí)測量光譜位移和展寬,就可以同時(shí)測量應(yīng)變和溫度。

 

長周期光纖光柵傳感器

 

光柵傳感器的特點(diǎn)

長周期光纖光柵(LPG)的周期一般認(rèn)為有數(shù)百微米, LPG在特定的波長上把纖芯的光耦合進(jìn)包層:λi= (n0-niclad)?Λ 。式中,n0為纖芯的折射率,niclad為i階軸對稱包層模的有效折射率。光在包層中將由于包層/空氣界面的損耗而迅速衰減,留下一串損耗帶。

 

一個(gè)獨(dú)立的LPG可能在一個(gè)很寬的波長范圍內(nèi)有許多的共振,LPG共振的中心波長主要取決于芯和包層的折射率差,由應(yīng)變、溫度或外部折射率變化而產(chǎn)生的任何變化都能在共振中產(chǎn)生大的波長位移,通過檢測△λi,就可獲得外界物理量變化的信息。 LPG在給定波長上的共振帶的響應(yīng)通常有不同的幅度,因而LPG適用于多參數(shù)傳感器。

 

光柵傳感器的特點(diǎn)

 

1、精度高。

 

光柵式傳感器在大量程測量長度或直線位移方面僅僅低于激光干涉?zhèn)鞲衅鳌T趫A分度和角位移連續(xù)測量方面,光柵式傳感器屬于精度zui高的;

 

2、大量程測量兼有高分辨力。

 

感應(yīng)同步器和磁柵式傳感器也具有大量程測量的特點(diǎn),但分辨力和精度都不如光柵式傳感器;

 

3、可實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量,易于實(shí)現(xiàn)測量及數(shù)據(jù)處理的自動化;

 

4、具有較強(qiáng)的抗干擾能力,對環(huán)境條件的要求不像激光干涉?zhèn)鞲衅髂菢訃?yán)格,但不如感應(yīng)同步器和磁柵式傳感器的適應(yīng)性強(qiáng),油污和灰塵會影響它的可靠性。主要適用于在實(shí)驗(yàn)室和環(huán)境較好的車間使用。

 

 

 

 

 

 

 

 

(來源:網(wǎng)絡(luò),版權(quán)歸原作者)

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