自1978年，加拿大的Hill等人首次在摻鍺石英光纖中發(fā)現光敏現象并采用駐波法制造出世界上第一根光纖光柵和1989年美國的Melt等人實現了光纖Bragg光柵（FBG）的UV激光側面寫入技術以來，光纖光柵的制造技術不斷完善，人們對光纖光柵在光傳感方面的研究變得更為廣泛和深入。光纖光柵傳感器具有一般傳感器抗電磁干擾、靈敏度高、尺寸小、重量輕、成本低，適于在高溫、腐蝕性等環(huán)境中使用的優(yōu)點外，還具有本征自相干能力強和在一根光纖上利用復用技術實現多點復用、多參量分布式區(qū)分測量的獨特優(yōu)勢。故光纖光柵傳感器已成為當前傳感器的研究熱點。由光源、光纖光柵傳感器和信號解調系統(tǒng)為主構成的光纖光柵系統(tǒng)如何能夠在降低成本、提高測量精度、滿足實時測量等方面的前提下，使各部分達到最優(yōu)匹配，滿足光纖光柵傳感系統(tǒng)在現代化各個領域實用化的需要也是研究人員重點考慮的問題。

　　本文對光纖光柵傳感系統(tǒng)進行了介紹，對光纖光柵系統(tǒng)的寬帶光源進行了說明，重點分析了光纖光柵傳感器的傳感原理及如何區(qū)分測量技術，對信號常用的信號解調方法進行了總結，最后，提出為適應未來的需要對系統(tǒng)各部分的優(yōu)化措施。

　　1 光纖光柵傳感系統(tǒng)

　　光纖光柵傳感系統(tǒng)主要由寬帶光源、光纖光柵傳感器、信號解調等組成。寬帶光源為系統(tǒng)提供光能量，光纖光柵傳感器利用光源的光波感應外界被測量的信息，外界被測量的信息通過信號解調系統(tǒng)實時地反映出來。

　　1．1 光 源

　　光源性能的好壞決定著整個系統(tǒng)所送光信號的好壞。在光纖光柵傳感中，由于傳感量是對波長編碼，光源必須有較寬的帶寬和較強的輸出功率與穩(wěn)定性，以滿足分布式傳感系統(tǒng)中多點多參量測量的需要。光纖光柵傳感系統(tǒng)常用的光源的有LED，LD和摻雜不同濃度、不同種類的稀土離子的光源。LED光源有較寬的帶寬，可達到幾十個納米，有較高的可靠性，但光源的輸出功率較低，且很難與單模光纖耦合。LD光源具有單色性好、相干性強、功率高的特點。但LD光譜的穩(wěn)定性差（4×10-4／℃）。因此，這2種光源自身的缺點制約了它們在光傳感中的應用。摻雜不同種類、不同濃度的稀土離子的光源研究最廣泛的是摻鉺光源?，F在C波段摻鉺光源已經研制成功并使用，隨著光通信中對通信容量和速度的要求及分布式光纖傳感密集布點對光源帶寬要求，L波段的研究越來越重要。有研究者提出C+L波段的研制方案以提高光源的帶寬和功率。摻鉺光源在溫度穩(wěn)定性方面比半導體光源提高2個數量級，同時，能提供較高的功率、寬的帶寬和較長的使用壽命，因此，可以擴大光纖光柵傳感器的測量范圍，提高檢測的信噪比。

　　1．2 光纖光柵傳感器

　　光纖光柵傳感器可以實現對溫度、應變等物理量的直接測量。由于光纖光柵波長對溫度與應變同時敏感，即溫度與應變同時引起光纖光柵耦合波長移動，使得通過測量光纖光柵耦合波長移動無法對溫度與應變加以區(qū)分。因此，解決交叉敏感問題，實現溫度和應力的區(qū)分測量是傳感器實用化的前提。通過一定的技術來測定應力和溫度變化來實現對溫度和應力區(qū)分測量。這些技術的基本原理都是利用兩根或者兩段具有不同溫度和應變響應靈敏度的光纖光柵構成雙光柵溫度與應變傳感器，通過確定2個光纖光柵的溫度與應變響應靈敏度系數，利用2個二元一次方程解出溫度與應變。區(qū)分測量技術大體可分為兩類，即，多光纖光柵測量和單光纖光柵測量。

　　多光纖光柵測量主要包括混合FBG/長周期光柵（long period grating）法、雙周期光纖光柵法、光纖光柵／F-P腔集成復用法、雙FBG重疊寫入法。各種方法各有優(yōu)缺點。FBG／LPG法解調簡單，但很難保證測量的是同一點，精度為9×10-6，1.5℃。雙周期光纖光柵法能保證測量位置，提高了測量精度，但光柵強度低，信號解調困難。光纖光柵／F-P腔集成復用法傳感器溫度穩(wěn)定性好、體積小、測量精度高，精度可達20×10-6，1℃，但F-P的腔長調節(jié)困難，信號解調復雜。雙FBG重疊寫入法精度較高，但是，光柵寫入困難，信號解調也比較復雜。

　　單光纖光柵測量主要包括用不同聚合物材料封裝單光纖光柵法、利用不同的FBG組合和預制應變法等。用聚合物材料封裝單光纖光柵法是利用某些有機物對溫度和應力的響應不同增加光纖光柵對溫度或應力靈敏度，克服交叉敏感效應。這種方法的制作簡單，但選擇聚合物材料困難。利用不同的FBG組合法是把光柵寫于不同折射率和溫度敏感性或不同溫度響應靈敏度和摻雜材料濃度的2種光纖的連接處，利用不同的折射率和溫度靈敏性不同實現區(qū)分測量。這種方法解調簡單，且解調為波長編碼避免了應力集中，但具有損耗大、熔接處易斷裂、測量范圍偏小等問題。預制應變法是首先給光纖光柵施加一定的預應變，在預應變的情況下將光纖光柵的一部分牢固地粘貼在懸臂梁上。應力釋放后，未粘貼部分的光纖光柵形變恢復，其中心反射波長不變；而粘貼在懸臂梁上的部分形變不能恢復，從而導致了這部分光纖光柵的中心反射波長改變，因此，這個光纖光柵有2個反射峰，一個反射峰（粘貼在懸臂梁上的部分）對應變和溫度都敏感；另一個反射峰（未粘貼部分）只對溫度敏感，通過測量這2個反射峰的波長漂移可以同時測量溫度和應變。#p#分頁標題#e#