应用解调器实现BRAGG光栅温度测量

　　一、引言

　　光纤光栅传感器可以广泛应用于应力、温度、压力、超声波、加速度、强磁场和力的测量中。当被测量(如应力等)变化时,光纤光栅的反射波长将会移动，而且反射波长的移动量与被测量的变化量在理论上呈线性关系。研究光纤光栅传感器的关键问题就是要研究如何高精度地测量光纤光栅反射波长移动量的问题。对光纤光栅传感器的波长移位最直接的检测方法就是用光谱仪(或单色仪)检测输出光的波长移动量。这种方法的优点是结构简单，但只适宜于实验室使用。缺点是传统的以色散棱镜或衍射光栅为基础的光谱仪分辨率较低，无法满足实际要求，所以，用光纤光栅构成的传感系统中应有精密的波长或波长变化检测装置。如何对光纤光栅的波长编码信号进行解调，是实现光纤光栅传感实用化的关键，

　　武汉理工光科研制开发的 BGD-L10C/BGD-4L20A 系列解调器可以实现波长信号解调，系统具有稳定性好、重复性好、响应时间快以及精确度高等优点，将其与光栅传感器配合加之软件处理就可以实现温度、应变等参量的测量，现已应用在各大型桥梁检测、电力系统温度测量及火灾报警等领域。

　　二、BRAGG 光纤光栅测温原理

　　光纤光栅是利用光纤材料的光敏性：即外界入射光子和纤芯相互作用而引起后者折射率的永久性变化，用紫外激光直接写入法在单模光纤的纤芯内形成的空间相位光栅，其实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜。

　　BRAGG 光纤光栅属于反射型工作器件，当光源发出的连续宽带光(图 1 中 Ii)通过传输光纤射入时，它与光场发生耦合作用，一个窄带光被反射(图 1 中Ir)，并沿原传输光纤返回;其余宽带光(图 1 中 It)则直接透射过去。反射回的窄带光的中心波长值随着作用于光纤光栅的温度和应变的改变而线性变化。

　　透射过去的剩余宽带光可以继续传输给其他具有不同中心波长的光纤光栅阵列，其中相应中心波长的窄带光系列将被逐一反射，全部沿原传输光纤返回。由此可实现多个光纤光栅传感器的串接复用。

　　光纤光栅的上述特性使之成为温度、应变、压力、加速度、位移等物理量的优异测量敏感元件，并且可以实现同时多个物理量的准分布式测量，因而成为大型结构长期健康监测的最佳选择。

　　三、光纤光栅的温度特性

　　当温度发生变化(ΔT)时，一方面由于热涨效应使光纤光栅伸长而改变其光栅周期，这可以表示成：

　　所以温度对光纤光栅波长漂移总的影响为：

　　由上式可以看出来，光纤光栅波长变化量与温度变化量呈线性关系。