FBG反射中心波长的关系式是什么?
正在打开页面…
正在打开页面…
也称:FBG传感器
光纤布拉格光栅利用纤芯周期性折射率结构对特定波长窄带反射,通过检测布拉格波长 λB=2neffΛ 的漂移来测量应变、温度等被测量,并可在一根光纤上复用多个光栅实现分布式测量。
光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)是纤芯折射率沿轴向呈周期性变化的光纤器件。该周期性折射率结构通常利用硅光纤的紫外光敏性,通过紫外掩膜照射或其他适当激光工艺刻写,飞秒激光刻写并不必然依赖相同紫外光敏机理在纤芯内形成,称为光折变。纤芯内形成空间相位周期性分布,即光栅。其作用实质是在纤芯内形成一个窄带的透射或反射滤波器(反射镜)。
当宽带光入射到 FBG 时,光栅处有选择地反射回一个窄带光,其余宽带光继续透射。反射窄带光的中心波长称为布拉格波长 λB,满足
式中,λB 为布拉格波长(单位 m);nef 为纤芯有效折射率(无量纲);Λ 为纤芯折射率的调制周期,即光栅周期(单位 m)。
外界被测量(如温度、应变)通过改变光栅周期 Λ 或有效折射率 nef,使布拉格波长 λB 发生漂移。通过光谱分析仪检测反射(或透射)中心波长的变化量 ΔλB,即可间接解调出被测量。FBG 属于波长调制型光纤传感器。
当光纤发生轴向应变时,光纤长度变化导致光栅周期 Λ 改变,同时弹光效应使 nef 改变。布拉格波长的相对变化与应变变化量 Δε 的关系为
式中,ΔλB 为布拉格波长变化量(单位 m);Δε 为应变变化量(无量纲);pe 为光弹性系数(折射轴拉伸系数),光纤的 pe ≈ −0.212;Kε 为光纤布拉格光栅的应变灵敏度系数,Kε ≈ 0.788。
应变灵敏度也可写为
即单位应变引起的波长漂移与 λB 成正比。
当 FBG 所处环境温度变化时,光纤材料的热光效应和热膨胀效应分别引起 nef 和 Λ 改变,进而使 λB 漂移。温度灵敏度系数定义为
式中,KT 为温度灵敏度系数(单位 1/℃);ΔT 为温度变化量(单位 ℃)。在指定温度区间且材料系数可近似不变时,KT近似为常数,因此温度变化量与中心波长漂移量成线性关系。
光谱分析仪根据 λB = 2nefΛ 在反射光中寻址每一个光栅传感器。根据变化量 ΔλB 并利用参考光信息,可解调出被测量的温度和应变值。FBG 具有复用性:数百个布拉格光栅可以光刻到一根单一光纤中,间隔几毫米或数千米,形成光纤布拉格光栅传感网络,实现多点/准分布式测试;其空间采样由各光栅位置决定,不同于沿光纤连续分布式散射测量。
FBG 传感器具有可设计的中心波长覆盖范围大、附加损耗小、体积小、重量轻、免受电磁场干扰、易与光纤耦合、可与其他光器件兼容成一体、可用于恶劣环境、灵敏度高、可靠性强等性能;单个 FBG 的反射峰为窄带。FBG 传感器可经受几十万次循环应变而不劣化。将 FBG 附着于材料性能和几何尺寸确定的机械结构上,可制造基于应变的力传感器、位移传感器和振动传感器等。目前 FBG 主要应用于光纤通信领域(光纤激光器、光纤滤波器)和光纤传感器领域(温度、位移、速度、加速度等测量)。
应变式中带符号的 约为−0.212;若用常见正值有效弹光系数 ,则同一式写作 ,两种符号约定不能混用。单个反射波长同时受温度与应变影响,不能仅凭一个波长读数同时唯一求得两者,须增加独立观测或补偿。
基础测试统一使用选择题,先确认概念、定义和关键判断是否扎实。
FBG反射中心波长的关系式是什么?
FBG应变或温度检测通常解调哪个量?
暂无引用。