天津理工大学2004届毕业设计
第一章绪论
光纤光栅是利用光纤材料的光敏性在光纤内建立的一种空间周期性折射率分布，其作
用在于改变或控制光在该区域的传播行为与方式。作为一种新型的光学器件，光纤光栅已
经在诸多方面得到了不同的应用。相信在不久的将来随着光纤光栅与其他技术的进一步结合，其可应用前景会更为广阔。
1.1光纤光栅的发展历史
光纤技术自20 世纪60 年代末至今在不到30 年的时间里以惊人的速度发展成为信息技
术领域中的支柱性高新技术。然而, 随着现代社会对信息技术的更新更高的要求, 光纤通信、光纤传感技术正面临着新的挑战。传统光学器件由于制作的复杂性和体积大而笨拙等原因无法适应新技术的要求。因此光纤光栅应运而生。
光纤光栅是利用石英光纤的紫外光敏特性将光波导结构直接写在光纤中形成的光纤波导器件。该技术最早出现于1978年，加拿大的K.O.Hill在掺锗光纤中，用488nm氩离子激光在光纤中产生驻波干涉条纹，首次发现了在掺锗光纤中的光致光栅现象，并制造出世界上第一条光纤光栅。从此开创了光纤光栅发展的历史。这种方法制作的Bragg光纤光栅反射滤波器的线宽可以很窄，反射率也较高，但只能制作反射波长和写入波相同的光纤反射器，通过加外力的方法使光栅的调谐范围较小，大大限制了他的应用。此后由于制作工艺及应用的局限这项技术一直未得到进一步的发展，历经十年进展缓慢。
直到1989年，美国的Meltz等人利用两束干涉的紫外光从光纤的侧面成功地写入了光栅，研制成功Bragg光纤光栅滤波器。Archambult等人也报道了用单个准分子激光器制作近100%
反射率的Bragg光纤光栅滤波器的方法。这标志着光纤光栅技术进入了快速发展的阶段。此后随着写入方法的不断改善；光敏性的逐渐提高；各种特种光栅也相继问世；同时光纤光栅的应用前景也得到了广泛的关注。特别是近年来光纤光栅在光通信、光纤激光器和光纤传感器等领域的应用越来越受到人们的重视，取得了令人瞩目的成就。随着光纤光栅技术的不断成熟和商用化, 专家们预言, 从光纤通信、光纤传感到光计算机和光信息处理的整个光纤领域将发生一次变革性飞跃。光纤光栅的出现将改革人们在光纤技术应用中的传统设计思想, 可以说光纤光栅技术是继掺铒光纤放大器(EDFA ) 技术之后光纤技术发展的又一个新的里程碑。
光纤光栅在应用上的一个重大突破就是使各种光学器件的全光纤化和集成化成为可能。诸如光纤光栅激光器、光纤光栅滤波器、分接头、波分复用器及解复器等器件的研究
都取得了相当快的进展。光纤光栅以其造价低、稳定性好、体积小、抗电磁干扰等优良性能，被广泛应用于光纤通信和光纤传感等各个领域。尤其是它易于集成的特性，使得全光
纤一维光子器件集成成为可能。此外, 作为信息摄取的光纤光栅传感器及其应用——即3S
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系统（Smart Material, Smart Structure, Smart Skin）已经引起科学界极大关注并成为研究热点。这是一种将光纤光栅技术、光纤神经网络、光纤致动仪器有机的结合为一体，把光纤光栅埋入或贴附在飞机、船舶、坦克等运载体表面或建筑体（楼房、桥梁、大坝等）承力件外蒙皮的复合材料中，可制成灵敏材料、灵敏结构和灵敏皮肤的智能传感系统。这些研究成果对全光信息发展的巨大推动作用可能会大大超出人们的想象。3S系统的出现标志着对光纤光栅技术的研究又进入个一个崭新的时代。
1.2光纤光栅的分类
光纤光栅是光纤导波介质中物理结构呈周期性分布的一种光子器件，根据物理机制的不同，可分为蚀刻光栅和折射率调制的位相光栅两类。前者在光纤结构中形成明显的物理刻痕，后者主要在纤芯中形成折射率周期分布。在学术研究和实际应用等各方面后者均占主导地位。因此，通常所说的光纤光栅指的是折射率调制的位相光栅。依据不同的分类标准可以把光纤光栅分类如下：
一、根据成栅机制的不同分类：
根据成栅机制光栅可以分为三种类型，分别称之为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型（ⅡA型）光纤光栅。
1. Ⅰ型光纤光栅：连续或者能量较弱的多个脉冲光波在光敏光纤中形成的传统意义上的光折变光栅被称之为Ⅰ型光栅。它有较理想的透射谱，反射率可以达到百分之几十，满足布拉格条件时短波一侧没有明显的的耦合损耗，但由于在比较低的温度下光栅会开始变弱或消失，因此热稳定性差。
2. Ⅱ型光纤光栅：由单个能量密度很高的光脉冲曝光形成。能量非均匀的激光脉冲被纤芯石英强烈放大造成纤芯物理损伤，从而产生了光栅现象。Ⅱ型光栅的主要特点体现为：对蓝、绿光不敏感，带宽较大(1～5nm)；具有很强的将光能耦合到包层或辐射模中的能力，但也因此造成较大的插入损耗；同时在满足布拉格条件时反射谱短波一侧有很强的传输损耗。但，相对Ⅰ型光纤光栅这种类型的光栅在应用领域具有一个显著的优点——很好的热稳定性，在800℃环境中放置24小时后其反射率无明显变化，在1000℃环境中放置4小时后大部分光栅才消失，这个特点使Ⅱ型光栅可以工作在极其苛刻的温度环境中。
3. Ⅲ型光纤光栅：又称ⅡA型光纤光栅。在对Ⅰ型光栅进行过量曝光时发现了这种类型的光栅[7]。其反射率可达100％。区别于Ⅰ型、Ⅱ型光栅的是：Ⅲ型光纤光栅随着曝光量的增加其折射率呈负增长趋势。在热稳定性方面Ⅲ型光栅介于Ⅱ型光栅与Ⅰ型光栅之间，同样适用于高温工作环境。
二、根据空间周期和折射率分布的不同分类：
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根据空间周期和折射率分布特性大致可将光纤光栅分为以下几种类型：均匀周期光纤布拉格（FBG ）光栅、长周期光纤光栅、闪耀光纤光栅、啁啾光纤光栅、相移光纤光栅、超结构光纤光栅、Tapered 光纤光栅及Moire 光纤光栅。下面分别阐述这些光纤光栅的定义及其特性：
1. 均匀周期光纤布拉格光栅（FBG ）
均匀周期光纤布拉格光栅（FBG ）是一种单模掺锗光纤经紫外光照射成栅技术形成光纤型布拉格光栅。成栅后的光纤纤芯折射率呈现周期性分布条纹并产生布拉格光栅效应。其结构、折射率分布与光谱特性如图1.1所示。这种光栅的基本光学特性就是以共振波长为中心的窄带光学滤波器。均匀周期光纤布拉格光栅（FBG ）折射率调制深度一般为10-3～10-5，它具有较窄的反射带宽和较高的反射率。而且，它的反射带宽和反射率可以根据需进行相应的调节。
2. 长周期光纤光栅
所谓长周期光纤光栅，是指它的栅格周期远远大于一般的光纤光栅，可达到几十到几百微米。与布拉格光栅不同它是一种透射型的光纤光栅，所起的作用不是将光反射回去，而是将其耦合到包层中损耗掉。长周期光纤光栅除具有插入损耗小、易于集成等优点外，还是一种性能优异的波长选择性损耗元件，对环境的变化反应较其他的光栅也更加灵敏。
3. 闪耀光纤光栅
闪耀光栅与前两种光栅的明显不同在于其光栅平面与光纤轴向有一定的夹角。这主要是由于在光栅制作过程中，紫外侧写光束与光纤轴不严格垂直所导致的。由于当夹角很小时该种光栅可以将一种导模耦合到另一种导模之中，因此常用来制作模式转换器。
4. 啁啾光纤光栅
啁啾光栅是一种非均匀光纤光栅，栅格间距不等，光栅周期具有非均匀特性。进一步可将其分为线性啁啾光栅和分段啁啾光栅[17]两大类别。
Wavelength T r a n s m i s s i o n Λ λbroad - λB λbroad λB Bragg grating Fiber core Cladding K k f k i Index modulation 图1.1 均匀周期光纤布拉格光栅的结构、折射率分布及光谱特性
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线性啁啾光纤光栅纤芯的折射率在整个区域内沿轴向单调、连续、准周期线性变化，折射率调制深度为常数，如图1.2所示。该类型的啁啾光纤光栅能产生大而稳定的色散, 在光通讯中被用作色散补偿器来补偿光传输中的色散； 此外,它还可作为测量温度和应变的传感器。
分段啁啾光纤光栅的栅格周期沿纤芯轴向在分段区域内单调、连续、准周期线性变化，而折射率调制深度为常数。
无论是线性还是分段啁啾光栅都具有一个普遍的特点：反射带宽远远大于均匀周期光栅的带宽，有的甚至可宽达几十纳米，因此啁啾光栅在色散补偿、光纤放大器的增益平坦和光纤激光器的性能优化等多方面得到了广泛的应用。
5. 相移光纤光栅
相移光栅是在常规均匀周期光纤光栅的某一特定部位引入一定的相移，产生两个相互异相的光栅。相移光栅的主要特点是可以在周期性光栅光谱阻带中打开透射窗口，允许某一波长的光注入到均匀光栅的阻带。这就意味着这类光栅可对某一波长或多个波长进行选择。相移光栅的这个显著特点被充分应用于滤波、波分复用、单频光纤激光器以及铒光纤增益平坦等研究领域。
6. 超结构光纤光栅
超结构光纤光栅及取样光栅是利用方波函数对光纤布拉格光栅或啁啾光栅的折射率分布进行调制而形成的光栅，因此它既有布拉格光栅或啁啾光栅的反射特性，又具有长周期光栅的包层模耦合特性。其反射谱具有一组分立的反射峰。由光纤布拉格光栅调制而成的超结构光纤光栅可应用于梳状滤波器、多波长光纤激光器及光纤传感等多个领域的研究。而由啁啾光纤光栅调制而成的超结构光纤光栅,在色散补偿方面具有更广泛的研究前景。
除上述六种类型的光纤光栅以外还存在着其他均匀或非均匀的光纤光栅，如Tapered 光纤光栅、Moire 光纤光、重叠写入光栅等等。这些不同种类的光栅都具有自己独特的性能特点，在光纤通信、光纤传感等诸多领域中扮演着不同的角色。推动了全光技术的迅速发展。 1.3 光纤光栅传感技术应用概况
图1.2 线性啁啾光纤光栅栅格分布及光谱特性示
λbroad - λB λbroad λB Fiber core Cladding short λ long λ
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自从人们把光纤光栅用于传感，光纤光栅传感器以其独特的优势对传统的电传感器等提出了全新的挑战。虽然这项新技术还有很多应用仍然停留在实验室阶段，仍然有一些问题没有解决，但也有很多技术已经进入了实用阶段，它们正在逐渐改变着人们的生产和生活。
在航空航天工业中，光纤光栅传感器有着重要应用，仅波音公司就注册了很多光纤光栅传感器的技术专利。在先进复合材料来制造的航空航天器中很容易埋入光纤光栅传感器,实现飞行器运行过程中的性能监视。美国国家航空和宇宙航行局在航天飞机X-33上安装了测量应变和温度的光纤光栅传感网络，他们还研究在常温和低温条件下复合材料高压容器的光纤光栅和干涉传感器。兰利研究中心和汉普顿大学合作开发用于空气动力学装置的光纤光栅剪切应力监测传感器。Blue Road Research联合美国海军空战中心和波音幻影工作组，光纤光栅传感器对飞机的粘和接头完好性进行了评估。加拿大的一个光子研究小组提出用光纤光栅传感器测量飞机喷气涡轮发动机系统的压力和温度。在法国、德国、英国和瑞典等欧洲国家也在积极进行光纤光栅传感技术的研究。
1988年光学工程团体(SPIE)召开首届光纤“智能结构/蒙皮”的国际学术会议，由此开始了对“3S” 系统（3S:Smart Material, Smart Structure, Smart Skin）的国际性研究。这种新技术是把高超的光纤光栅技术、光神经网络、光纤致动仪器有机地融为一体，将光纤光栅掩埋或贴附在飞机、舰船、坦克等现代运载体或各种建筑体（如桥墩、大坝、楼房等）的框架、承力件外蒙皮的复合材料中，制成灵敏材料、灵敏结构和灵敏表皮，形成智能传感系统。美国军方、宇航部门以及相关研究机构一直对光纤“智能结构/蒙皮”持积极态度，投入了大量的人力和物力进行研究，并制定出多项研究计划。1979年美国国家航天局（NASA）首次把光纤埋入聚合物复合材料。光纤光栅的出现，更是推动了这一潮流的发展。如美国在波音777机翼掩埋了多达数百根的光纤光栅进行蒙皮实验，跟踪复合材料的温度、应力、应变等物理量的变化。实验结果表明，这项技术大大提高了设计的可靠性、合理性和科学性。由于实时监测动态参数的实现，大大减少了系统设计安全系数的冗余度和休闲时间，避免了工艺材料的浪费。同时减少了整机负载的重量，经济效益相当可观。麦道公司1995年进行了F－15飞机侧翼、F－18外翼智能蒙皮试验。多伦多大学和波音公司合作完成世界首架包含损伤评估系统的飞机DASH-8智能结构蒙皮实验研究等。
光纤光栅传感器除了用于军事、航空方面，在民用建筑结构安全监测方面也得到了广泛的应用。
1989年，美国布朗大学（Brown University）的门德斯（Mendez）等人首先提出了把光纤传感器用于混凝土结构的健康检测。在此之后，加拿大、日本、英国、德国等国家的研究人员也对光纤光栅系统在土木工程中的应用做了大量的研究工作。1993年，在加拿大卡尔加里附近的Beddington Trail大桥上，人们利用16个光纤光栅传感器长期监测其桥
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梁结构。1994年，在德国的Calgary市建成了第一座由预应力碳纤维符合材料和钢筋组成的桥，在碳纤维中加入光纤光栅应变传感器，以检测碳纤维预应力的损失情况。1997年,在美国俄亥俄州的巴特勒县建造了一座全复合材料的桥梁,埋入了光纤光栅应变传感器,通过互联网有规律地监视桥梁的荷载响应和跟踪连接绳索的长期性能。1998年，在俄勒冈哥伦比亚河谷上的Horsetailfall桥上, 运用28个光纤光栅传感器定期监测结构情况。1999年，在美国新墨西哥LasCruces10号州际高速公路的钢结构桥梁上,安装了多达120个光纤光栅传感器，是当时在桥梁上使用光纤光栅传感器最多的记录。在德国，德累斯顿附近A4高速公路上的一座跨度72米的预应力混凝土桥上，德累斯顿大学的Meissner等人证实了光纤光栅传感器的应用可行性。2002年，瑞士的研究人员将光纤光栅传感器埋入混凝土,对混凝土断裂延伸带的宽度进行了测量。在比利时，根特环城运河上建了一座147m长的预应力混凝土桥梁，埋进了18个光纤光栅传感器，对桥梁结构情况进行长期监测。2002年，F.G.Tomasel等人把光纤光栅用于钢缆的健康检测，并进行了实验研究，实现了20个点的分布式应变传感。
国内在光纤光栅传感器的应用方面做的工作相比国外较少，其中应用在黑龙江省呼兰河大桥上的桥梁健康监测系统是一个典型。哈尔滨工业大学土木工程学院研究人员于2001年5月与10月成功地将15个裸光纤光栅布设到42米跨的预应力箱形梁上，监测箱形梁的受力与安全状况，监测通车流量和桥梁的疲劳损伤状态，同时研究了光纤光栅现场布设技术，监测了箱形梁预应力张拉过程，并对箱形梁进行了加载试验，并经过测试取得了令人满意的测试结果。
在能源化工领域[1.76]，由于光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，因此可以替代传统的电传感器广泛应用在海洋石油平台上及油田、煤田中探测储量和地层情况。内置于细钢管中的光纤光栅传感器可用作海上钻探平台的管道或管子温度及延展测量的光缆。采用光纤Bragg光栅传感系统可以对长距离油气管道实行分布式实时的在线监测。在一个漏油监测系统中，电缆结构成为对油的信号传感的传感器。在这里，单模光纤和油溶胀树脂衬垫被放置在圆柱形电缆芯线中，芯线外围在缠绕了金属丝后再覆盖一层尼龙网。当环绕在储油罐和输油管道上的光纤电缆外出现漏油时，油溶胀树脂起反应而膨胀，光纤被压缩后撞击裂缝外的金属线，由于金属线造成电缆微弯曲而导致出现衰减。此项传感技术实现了漏油探测系统2min的反应时间、10km的监控距离。
利用光纤光栅温度传感器还可以构成温度监测报警系统，应用于石油罐及森林的防火。2004年，张言公等人设计了一种石化罐的温度报警系统，测量探头沿油罐内侧呈圆周分布，油罐直径为46m左右，测量长度约为145m，该系统使用17个感温探头，传输距离150m，系统设定的报警温度为100℃和120℃。同年，武汉理工大学赵愚等人设计了一种TGW－100B光纤光栅感温火灾探测系统，该系统感温探头的数量根据用户的实际使用需要确定。在-30℃－150℃
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高速光纤通信技术研究论文 2018-12-12 摘要：本文首先简要分析了高速光纤通信技术；然后分析了高速光纤通信系统的损伤问题；其次重点针对色散问题进行相关补偿技术分析；最后为相关研究指明了方向。 关键词：高速；光纤通信技术；损伤；补偿技术 近年来，光纤通信在我们的日常生活中运用越来越普遍，人们在实际应用中关注最多的还是质量问题，对通讯质量提出了很高的要求。高速光纤通讯技术凭借其信息容量大、传播速率高等特征在行业中得到了广泛应用，并且在发展中取得了显著成果。然后在高速光纤通信的传播过程中，也存在着诸多的损伤问题。针对问题来研究分析相关补偿技术具有重要的理论意义。 1高速光纤通信技术的分析 1.1光纤通信的基本原理 光纤的全称是光导纤维，其通信原理是首先将调制好的电信号通过光电转换模块转换为光信号之后，通过光波传输信息。不是单根光纤传输信息，而是许多根光纤聚集以光缆的形式来进行信息传输[1]。光纤通信系统的组成框图如图1所示。从图中可以看出，电信号通过光发射机、光纤接口、中继器、光接收机这三个模块，从而形成光纤通信系统；当数据需要通过光纤通信系统来进行数据传输时，首选需要将电信号转换为光信号，这个转换过程是在光发射机内进行的。光发射机内部主要是由光源和调制模块这两大部分组成，调制模块将电信号转换成光信号，再通过光源模块以光信号的形式发射出去。光纤接口主要是指物理接口即光电转换模块与光纤直接的接口，例如LC、FC、ST、SC等接口，由于光信号在传输的过程中存在衰减，中继器可以通过对光信号的重发或者转发，从而扩大整个通信系统的传输的距离。光接收机主要是完成光电信号的转换，光接收机内部包括光检测器、放大器、信号恢复这两个部分，光检测器主要是对接收到的光信号强度来进行检测，然后转换为电信号，放大器是对光检测器输出的电信号进行放大，信号恢复是对放大后的信号进行恢复成发送之前对应的逻辑1和0，信号恢复后的信号输出电信号给后级数字信号处理系统进行处理[2]。 1.2光纤通信的特征 光纤通信具有频带宽，传输容量大，损耗低，中继距离比较长，抗电磁干扰，安全性能高等特征。光纤通信的频带宽，可以传输宽频带的信息；光纤的损耗低，所以能实现长距离中继，主要适用于干线、长途网络；光纤通信不受外界电磁的影响，在抗电磁干扰方面具有显著的优势；光纤在传输过程中，密
我国光纤通信技术论文 2020年4月
我国光纤通信技术论文本文关键词：光纤通信，我国，论文，技术 我国光纤通信技术论文本文简介：1光纤通信技术的主要特点 1.1损耗低，传输距离远与普通的通信相比，光纤的损耗率要低得多。目前，光纤的损耗可以低达0.2dB/km。中继光放大器间距可达100多km，而传统的铜电缆中继放大器间距仅为几百米到几千米。因此，除了用户到小站间仍使用铜电缆，其他通信网中包括电视网、跨海洋的网络全部使用 我国光纤通信技术论文本文内容： 1光纤通信技术的主要特点 1.1损耗低，传输距离远 与普通的通信相比，光纤的损耗率要低得多。目前，光纤的损耗可以低达0.2dB/km。中继光放大器间距可达100多km，而传统的铜电缆中继放大器间距仅为几百米到几千米。因此，除了用户到小站间仍使用铜电缆，其他通信网中包括电视网、跨海洋的网络全部使用光纤通信。光纤通信在
长距离传输中的优势非常明显。目前光纤通信的最长通信距离达到10000m以上。 1.2抗干扰能力强 与其他光缆相比，光纤通信具有非常明显的优点———抗电磁干扰能力极强。光纤通信设备的主要成分是SiO 的应用给光纤通信技术带来无可比拟的优势。由于石英具有极强的抗腐蚀性和绝缘性，因此，应用到光纤通讯设备上使其同样具有较强的抗干扰能力。光纤通信不会受到太阳黑子活动、电离层变化、雷电以及人为释放的电磁等方面的干扰，这一特性使得光纤可以应用到军事领域中。 1.3安全性和保密性高 因为光纤主要依靠光波的全反射原理进行传输，光信号完全被限制在包层内，光波泄露的现象很少发生。而且一个光缆内的很多光纤线之间也不会相互干扰，因此，光通信的抗干扰能力很强，保密性和安全性非常高。此外，光纤的重量很轻、体积较小，这样既节省空间又使得设备的安装非常方便。另外，用来制作光纤通信设备的原材料越来越丰富，而且价格低廉，稳定性好，同时受环境温度影响小，使
光纤传感器 毛琪132640 （仪器科学与工程学院，东南大学，南京210096） 摘要：光纤传感器是现在被广泛应用的一类新型传感器，具有抗电磁干扰、灵敏度高、重量轻、成本低等优良的特点。本文详细介绍了光纤传感器原理、结构和特性等方面的内容。同时举例说明了光纤传感器在实际工程应用中的广泛应用。 关键词：光纤传感器；原理；工程应用 Fiber optic sensor Mao Qi 132640 (School of Instrument Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096) Abstract：Fiber optic sensor is a new type of sensor with excellent features of anti-electromagnetic interference, high sensitivity, light weight and low-cost ,which is now widely used. The paper detailedly introduces the principles, structures and characteristics of fiber optic sensors. At the same time, some examples are provided to illustrate that fiber optic sensors are extensive used in practical engineering applications. Keywords: fiber optic sensor(FOS); principle; engineering application 1.引言 传感器技术、通信技术、计算机技术是现代信息技术的三大支柱，传感 器作为探测与获取外界信息的重要环 节之一而被应用于工业、农业及军事 等各个领域。 近20多年来，光纤传感器的发展 则大有取代传统传感器的趋势。光纤 传感器是光通信和集成光学技术发展 的结晶，与传统的传感器不同，它将 被测信号的状态以光信号的形式取出。光信号不仅能被人所直接感知，并能 通过利用半导体二极管等小型简单元 件进行光电转换，极易与一些电子装 备相匹配。此外，光纤不仅是一种敏 感元件，还是一种优良的低损耗传输线。因此，光纤传感器还可以用于传 统的传感器所不适用的远距离测量。 自从20世纪70年代末光纤传感器诞生以来，便由于其具有的防火、防爆、精度高、损耗低、体积小、重量轻、寿命长、性价比高、复用性好、 响应速度快、抗电磁干扰、频带范围宽、动态范围大、易与光纤传输系统组成遥测网络等优点而被广泛地应用于各行各业。随着对其研究的不断深入，光纤传感器势必会对科学研究、国民生产、日常生活等诸多领域产生深远影响。 2.光纤传感器原理 光纤传感器主要组成部分是光导纤维，简称光纤。光纤是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1~100微米左右。它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端射入，在内芯和外套的界面上进过多次全反射，从另一端射出。光纤不仅可以作为光波的传播介质，而且光波在光纤中传播时表征光波的特征参量（振幅、相位、偏振态、波长等）因外界因素（如温度、压力、磁场、电场、位移、转动等）的作用而间接或直接地发生变化，从而可将光纤用作传感器元件来探测各种物理量。这就是光纤传感器的基本原理，如图1
光纤光栅传感器的应用 一、光纤光栅传感器的优势 与传统的传感器相比,光纤Bragg光栅传感器具有自己独特的优点: (1) 传感头结构简单、体积小、重量轻、外形可变, 适合埋入大型结构中, 可测量结构内部的应力、应变及结构损伤等, 稳定性、重复性好; (2) 与光纤之间存在天然的兼容性, 易与光纤连接、低损耗、光谱特性好、可靠性高; (3) 具有非传导性, 对被测介质影响小, 又具有抗腐蚀、抗电磁干扰的特点, 适合在恶劣环境中工作; (4) 轻巧柔软, 可以在一根光纤中写入多个光栅, 构成传感阵列, 与波分复用和时分复用系统相结合, 实现分布式传感; (5) 测量信息是波长编码的, 所以, 光纤光栅传感器不受光源的光强波动、光纤连接及耦合损耗、以及光波偏振态的变化等因素的影响, 有较强的抗干扰能力; (6) 高灵敏度、高分辩力。 正是由于具有这么多的优点,近年来,光纤光栅传感器在大型土木工程结构、航空航天等领域的健康监测,以及能源化工等领域得到了广泛的应用。 光纤Bragg光栅传感器无疑是一种优秀的光纤传感器，尤其在测量应力和应变的场合，具有其它一些传感器无法比拟的优点，被认为是智能结构中最有希望集成在材料内部，作为监测材料和结构的载荷，探测其损伤的传感器。 二、光纤光栅的传感应用 1、土木及水利工程中的应用 土木工程中的结构监测是光纤光栅传感器应用最活跃的领域。 力学参量的测量对于桥梁、矿井、隧道、大坝、建筑物等的维护和健康状况监测是非常重要的.通过测量上述结构的应变分布,可以预知结构局部的载荷及健康状况.。光纤光栅传感器可以贴在结构的表面或预先埋入结构中,对结构同时进行健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等,以监视结构的缺陷情况.。
光纤光栅传感系统的详细介绍 本文介绍了光纤光栅传感系统的构成，分析了光纤光栅传感系统所用的3种不同的光源LED，LD和掺铒光源的性能，阐述了光纤光栅传感器的工作原理和各种不同的温度和应力的区分测量方法，描述了滤波法、干涉法、可调窄带光源法等几种常用的信号解调技术，最后，提出适应未来的需要如何对光纤光栅传感系统的光源、光纤光栅传感器和信号解调进行优化。 自1978年，加拿大的Hill等人首次在掺锗石英光纤中发现光敏现象并采用驻波法制造出世界上第一根光纤光栅和1989年美国的Melt等人实现了光纤Bragg光栅(FBG)的UV激光侧面写入技术以来，光纤光栅的制造技术不断完善，人们对光纤光栅在光传感方面的研究变得更为广泛和深入。光纤光栅传感器具有一般传感器抗电磁干扰、灵敏度高、尺寸小、重量轻、成本低，适于在高温、腐蚀性等环境中使用的优点外，还具有本征自相干能力强和在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参量分布式区分测量的独特优势。故光纤光栅传感器已成为当前传感器的研究热点。由光源、光纤光栅传感器和信号解调系统为主构成的光纤光栅系统如何能够在降低成本、提高测量精度、满足实时测量等方面的前提下，使各部分达到最优匹配，满足光纤光栅传感系统在现代化各个领域实用化的需要也是研究人员重点考虑的问题。 本文对光纤光栅传感系统进行了介绍，对光纤光栅系统的宽带光源进行了说明，重点分析了光纤光栅传感器的传感原理及如何区分测量技术，对信号常用的信号解调方法进行了总结，最后，提出为适应未来的需要对系统各部分的优化措施。 1、光纤光栅传感系统光纤光栅传感系统主要由宽带光源、光纤光栅传感器、信号解调等组成。宽带光源为系统提供光能量，光纤光栅传感器利用光源的光波感应外界被测量的信息，外界被测量的信息通过信号解调系统实时地反映出来。 1.1 光源 光源性能的好坏决定着整个系统所送光信号的好坏。在光纤光栅传感中，由于传感量是对
光纤通信技术 光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。 光纤通信就是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。光导纤维通信简称光纤通信。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。光纤通信具有以下特点：(1)通信容量大、传输距离远。 (2)信号串扰小、保密性能好; (3)抗电磁干扰、传输质量佳。 (4)光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输; (5)材料来源丰富,环境保护好，有利于节约有色金属铜。 (6)无辐射,难于窃听, (7)光缆适应性强,寿命长。 (8)质地脆，机械强度差。 (9)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。 (10)分路、耦合不灵活。 (11)光纤光缆的弯曲半径不能过小（>20cm） (12)有供电困难问题。 就光纤通信技术本身来说，应该包括以下几个主要部分:光纤光缆技术、光交换技术传输技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等。 光纤光缆技术 光纤技术的进步可以从两个方面来说明: 一是通信系统所用的光纤; 二是特种光纤。早期光纤的传输窗口只有3个，即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近几年相继开发出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纤)以及S波段窗口。其中特别重要的是无水峰的全波窗口。这些窗口开发成功的巨大意义就在于从1280nm到1625nm的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，使传输容量几百倍、几千倍甚至上万倍的增长。这一技术成果将带来巨大的经济效益。另一方面是特种光纤的开发及其产业化，这是一个相当活跃的领域。 光复用技术 复用技术是为了提高通信线路的利用率，而采用的在同一传输线路上同时传输多路不同信号而互不干扰的技术。光复用技术种类很多，其中最为重要的是波分复用(WDM)技术和光时分复用(OTDM)技术。光波分复用(WDM)技术是在一芯光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端将组合波长的光信号分开，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。波分复用当前的商业水平是273个或更多的波长，研究水平是1022个波长(能传输368亿路电话)，近期的潜在水平为几千个波长，理论极限约为15000个波长(包括光的偏振模色散复用，OPDM)。而光时分复用(OTDM)技术指利用高速光开关把多路光信号在时域里复用到一路上的技术。光时分复用(OTDM)的原理与电时分复用相同，只不过电时分复用是在电域中完成，而光时分复用是在光域中进行，即将高速的光支路数据流(例如10Gbit/s，甚至40Gbit/s)直接复用进光域，产生极高比特率的合成光数据流。
光电传感器的应用与研究 学院名称：邵阳学院专业名称：自动化年级班别： 13 姓名：史利东指导教师：罗卲屏 2015年5 月 摘要：在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。 关键词：PSD,效应，原理，光电传感器 目录 摘要 (1) 一、绪论 (3) 1.1光电传感器概述 (3) 1.2光电传感器发展 (4) 二、光电传感器的基本原理 (7) 2.1光电效应 (7) 2.2光电原件及特性 (8) 2.3光电传感器 (11) 三、新型的光电传感器 (15) 3.1 CCD传感器 (15) 3.2光纤传感器 (16) 3.3光电位传置感器 (6) 四、其他的光电传感器 (20) 4.1 高速光电二极管 (20) 4.3 光位置传感器 (22)
五、光电传感器的应用 (23) 5.1光电传感器的优点 (23) 5.2光电传感器的具体应用举例 (23) 六、我对光电传感器的看法 (26) 七、结论 (28) 一、绪论 1.1光电传感器概述 （1）定义 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。（2）光电传感器的分类 光电元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、发光二极管（LED）、光电倍增管、光电池、光电耦合器件等。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件（光学测控系统）输出量性质，光电式传感器可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器；模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法又可分为透射（吸收）式、漫反射式、遮光式（光束阻挡）三大类。 1．槽开光电开关把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。2．对射式光电开光若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为以射分离式光电开光，简称对射式光电开关。 3．反光板反射式光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。 4．扩散反射式光电开关它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是收不到的；当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关控制信号。 光纤式光电开关把发光器发出的光用光纤引导到检测点，再把检测到的光信号用光纤引导到光接收器就组成光纤式光电开关。按动作方式的不同，光纤式光电开关也可分成对射式、反光板反射式、扩散反射式等多种类型。 （3）光电传感器的作用
光纤光栅传感器的应用 光纤布拉格光栅传感器的应用 1。光纤光栅传感器 的优点与传统传感器相比，光纤光栅传感器有其独特的优点:(1)传感头结构简单，体积小，重量轻，形状可变，适合嵌入大型结构中，能够测量结构内部的应力、应变和结构损伤，具有良好的稳定性和重复性； (2)与光纤自然兼容，易于与光纤连接，损耗低，光谱特性好，可靠性高； (3)不导电，对被测介质影响小，具有耐腐蚀和抗电磁干扰的特点，适合在恶劣环境下工作； (4)轻便灵活，可在一根光纤中写入多个光栅组成传感阵列，结合波分复用和时分复用系统实现分布式传感； (5)测量信息为波长编码，因此光纤光栅传感器不受光源光强波动、光纤连接和耦合损耗以及光波偏振态变化的影响，抗干扰能力强。 (6)高灵敏度和分辨率 正是因为它的许多优点。近年来，光纤光栅传感器已经广泛应用于大型土木工程结构、航空航天等领域的健康监测，以及能源和化工等领域。 光纤光栅传感器无疑是一种优秀的光纤传感器，特别是在测量应力和应变的情况下，具有其他传感器无法比拟的优势。它被认为是智能结构中最有前途的集成在材料内部的传感器，作为监测材料和结构的
载荷和检测其损伤的传感器。 2，光纤光栅的传感应用 1，在土木和水利工程中的应用 土木工程中的结构监测是光纤光栅传感器应用最活跃的领域 力学参数的测量对于桥梁、矿山、隧道、大坝、建筑物等的维护和健康监测非常重要。通过测量上述结构的应变分布，可以预测结构的局部载荷和健康状况。光纤布拉格光栅传感器可以预先附着在结构表面或嵌入结构中，同时对结构进行健康检测、冲击检测、形状控制和减振检测，监测结构的缺陷。 另外，多个光纤光栅传感器可以串联成传感网络，对结构进行准分布式检测，传感信号可以由计算机远程控制 (1)在桥梁安全监测中的应用目前，光纤光栅传感器应用最广泛的领域是桥梁安全监测 斜拉桥的斜拉索、悬索桥的主缆和吊杆、系杆拱桥的系杆是这些桥梁体系的关键受力构件，其他土木工程结构的预应力锚固系统，如用于结构加固的锚索和锚杆，也是关键受力构件上述受力构件的应力大小和分布变化最直接地反映了结构的健康状况，因此监测这些构件的应力状态并以此为基础进行安全分析和评价具有重要意义。加拿大卡尔加里附近的 199贝丁顿小道桥是最早使用光纤光栅传感器进行测量的桥梁之一(1993)。16个光纤光栅传感器连接到预应力混凝土支撑的钢筋和碳纤维复合材料钢筋上，对桥梁结构进行长期监测，这在以前被认为是不
光纤通信技术论文 论光纤通信技术的特点和发展趋势 摘要：光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，还可以应用在电力通信控制系统中，进行工业监测、控制，而且在军事领域的用途也越来越为广泛。光纤通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到十分重要的作用。本文探讨了光纤通信技术的主要特征及发展趋势。 关键词：光纤通信技术特点发展趋势接入技术 引言 近年来随着传输技术和交换技术的不断进步，核心网已经基本实现了光纤化、数字化和宽带化。同时，随着业务的迅速增长和多媒体业务的日益丰富，使得用户住宅网的业务需求也不只局限于原来的语音业务，数据和多媒体业务的需求已经成为不可阻挡的趋势，现有的语音业务接入网越来越成为制约信息高速公路建设的瓶颈，成为发展宽带综合业务数字网的障碍。 1.光纤通信技术定义 光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信力式。在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波的频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多，所以说光纤
通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的，它是电气绝缘体，因而不需要担心接地回路，光纤之间的中绕非常小，光波在光纤中传输，不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听，光纤的芯很细，由多芯组成光缆的直径也很小，所以用光缆作为传输信道，使传输系统所占空间小，解决了地下管道拥挤的问题。 2.光纤通信技术的特点 2.1 频带极宽，通信容量大。 光纤的传输带宽比铜线或电缆大得多。对于单波长光纤通信系统，由于终端设备的限制往往发挥不出带宽大的优势。因此需要技术来增加传输的容量，密集波分复用技术就能解决这个问题。 2.2 损耗低，中继距离长。 目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤；此类光纤损耗可低于0.20dB/km，这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低，因此，由其组成的光纤通信系统的中继距离也较其他介质构成的系统长得多。如果将来使用非石英极低损耗传输介质，理论上传输的损耗还可以降到更低的水平。这就表明通过光纤通信系统可以减少系统的施工成本，带来更好的经济效益。 2.3 抗电磁干扰能力强。
下面是两篇通信技术类论文投稿范文，第一篇论文介绍了光纤通信技术的应用，这种高质量的传输方式在不同的领域都得到了应用，论文进行了详细阐述。第二篇论文介绍了光纤通信在电力传输损耗的解决措施，分析了光纤通信在电力传输中产生损耗的原因并给出了相关解决措施。 通信电源技术 《光纤通信技术的应用》 【摘要】光纤通信技术是一种将光纤电缆作为传输介质的高质量传输方式，其已经在不同领域得到了不同程度的应用。在电力通信领域、智能交通领域、广播电视领域以及互联网领域光纤通信都不可或缺。现文章主要针对光纤通信技术及其应用开展论述。 【关键词】光纤通信;智能交通;电力行业 光纤通信技术的使用提高了信息传递的效率，不论是传输质量，传输容量还是传输速度都得到了改善。光纤通信质量轻、损耗低、安全可靠、抗干扰性强，在不同领域都已经普及应用，特别是在服务与生产行业的应用十分普遍。 一、光纤通信技术 光纤通信是将光作为信息的承受载体，将光纤作为传输的通信方式[1]。光纤作为一种新型的传输介质，其损耗相对于同轴电缆或导波管来说要低出许多。因此，在实际使用过程中光纤通信的容量要对于微波通信来说要大出几十倍。如图1所示为光纤结构图。光纤通信技术在实际使用过程中拥有其独特的特点：
第一，通信容量较大。光纤通信在使用过程中由于传输速度与质量相对于其他电缆与铜线来说拥有显著的优势。光纤通信技术利用光源调制的特殊性、调制的方式以及光纤是色散特性使得明显改善了光纤通信的质量。同时，光纤通信在运用时中单波长光纤通信系统可以最大程度的发挥光纤通信的效用，显著提升其传输容量。 第二，传输损耗较低。一般石英光纤损耗大约在0-20dB/km左右，这一水平的传输损耗远远低于其他介质[2]。因此，可以判断石英光纤损耗是一种明显的低消耗材料。在跨度更多的无中继距离传输中可以显著减少损耗。伴随着中继站数量的不断减少，系统的成本与复杂性得到了降低，光纤通信在长途传输的过程中可以发挥最大的使用效益，降低经济成本。 第三，保密性良好。光纤通信中的广播可以提升光波导结构的各项效果。光纤通信技术能够将信号完整的封存在光波导结构当中，有可能泄露的射线都将被不透明包皮吸收。这一方式不会导致光波泄露，同时光纤在传输过程中也不会出现串音干扰，光纤通信的内容将拥有较高的保密性。 二、光纤通信技术的应用 2.1光纤通信技术在电力通信中的应用 电力通信工作主要是为对电网进行日常运营管理，以保证电网能够正常顺利运作。在电网工作中电力通信是其中的技术基础，其能够为电网正常提供电力以及电力系统的正常应用提供充分的保障。光纤通信技术一般是在电力通信的架空、地埋等不同方式来敷设光缆，从
摘要 关键词：光纤传感器；介绍；优点；应用 近几年来，物联网发展飞快。光纤通信与光纤传感技术将在物联网领域发挥重要作用。光纤具有宽带特性，可将各种传感器复用到一根光纤，进行检测和传输。由于光纤本身具有电绝缘性好、不受电磁干扰、无火花、能在易燃易爆的环境中，还具有成本低、结构简单、可靠性高等优点，光纤材料用做传感器具有独特的优势。物联网与光纤传感有相辅相成、相互促进的作用。各种光纤传感器有望在物联网中得到广泛应用。 ABSTRACT The Internet of things develop quickly in recent years.Optical fiber communication and optical fiber sensing technology will play an important role in the field of Internet of things.Optical fiber have broadband characteristics, various sensors can be reused to a single fiber to text and transport.Because of the fiber’s good electrical insulation, not subject to electromagnetic interference, no spark, can in inflammable and explosive environment ,also has the advantages of low cost, simple structure, high reliability ,optical fiber materials used for sensor has a unique advantage.The Internet of things with the optical fiber sensing supplement each other and promote each other. All kinds of optical fiber sensor is expected to be widely used in the Internet of things. Keywords：Optical fiber grating sensor; Introduction; Advantages; application
光纤光栅传感系统的现状及发展趋势 自1978年，加拿大的Hill等人首次在掺锗石英光纤中发现光敏现象并采用驻波法制造出世界上第一根光纤光栅和1989年美国的Melt等人实现了光纤Bragg光栅（FBG）的UV激光侧面写入技术以来，光纤光栅的制造技术不断完善，人们对光纤光栅在光传感方面的研究变得更为广泛和深入。光纤光栅传感器具有一般传感器抗电磁干扰、灵敏度高、尺寸小、重量轻、成本低，适于在高温、腐蚀性等环境中使用的优点外，还具有本征自相干能力强和在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参量分布式区分测量的独特优势。故光纤光栅传感器已成为当前传感器的研究热点。由光源、光纤光栅传感器和信号解调系统为主构成的光纤光栅系统如何能够在降低成本、提高测量精度、满足实时测量等方面的前提下，使各部分达到最优匹配，满足光纤光栅传感系统在现代化各个领域实用化的需要也是研究人员重点考虑的问题。 本文对光纤光栅传感系统进行了介绍，对光纤光栅系统的宽带光源进行了说明，重点分析了光纤光栅传感器的传感原理及如何区分测量技术，对信号常用的信号解调方法进行了总结，最后，提出为适应未来的需要对系统各部分的优化措施。 1 光纤光栅传感系统 光纤光栅传感系统主要由宽带光源、光纤光栅传感器、信号解调等组成。宽带光源为系统提供光能量，光纤光栅传感器利用光源的光波感应外界被测量的信息，外界被测量的信息通过信号解调系统实时地反映出来。 1．1 光源 光源性能的好坏决定着整个系统所送光信号的好坏。在光纤光栅传感中，由于传感量是对波长编码，光源必须有较宽的带宽和较强的输出功率与稳定性，以满足分布式传感系统中多点多参量测量的需要。光纤光栅传感系统常用的光源的有LED，LD和掺杂不同浓度、不同种类的稀土离子的光源。LED光源有较宽的带宽，可达到几十个纳米，有较高的可靠性，但光源的输出功率较低，且很难与单模光纤耦合。LD光源具有单色性好、相干性强、功率高的特点。但LD光谱的稳定性差（4×10-4／℃）。因此，这2种光源自身的缺点制约了它们在光传感中的应用。掺杂不同种类、不同浓度的稀土离子的光源研究最广泛的是掺铒光源。现在C波段掺铒光源已经研制成功并使用，随着光通信中对通信容量和速度的要
传感器与微系统(Transducer and M i c rosyste m Technol ogi es)2010年第29卷第3期 纱线检测中光电传感器及其前置放大器设计 董晓亮,李醒飞,杨光,高雅彪 (天津大学精密测试计量技术及仪器国家重点实验室,天津300072) 摘要:针对当今纱线检测中/色纱疵0难以检测的问题,设计了一种新型的光电传感器。通过专门的反 射光检测通路感知由纱线反射回来的光强的变化,根据接收到的光强变化,判断有无纱疵。设计了前置放 大电路,通过实验验证了该系统的可行性。 关键词:纱线检测;纱疵;光电;前置放大 中图分类号:T H741文献标识码:B文章编号:1000)9787(2010)03)0102)02 Design of optoelectronic sensor and pre2amp lifier in yarn detection D ONG X iao2liang,LI X i n g2f e,i YA NG Guang,GAO Y a2b iao (Sta te K ey L abora tor y of P rec ise M ea sur ing Technol ogy and In strum en t, T ianJ in Un iver sity,T ian ji n300072,C h i n a) Abstr a ct:To slo ve t he pro b le m of detec ting different col or yarn defects,a ne w type of optoelectronic sensor wh i ch has a re fl ected li ght detect channe l is des i gned to rece i ve t he reflected li ght.The yarn defects are detected by the li ght change fro m the yarn pre2a m plifi er c ircu it i s desig ned and t he system i s proved re flected feasi b l e by test. K ey word s:yarn detecti on;yarn defect;optoelectronic;pre2a m plifier 0引言 随着纺织工业的发展和电子科技水平的提高,各种新型传感器技术被广泛应用于纺织工业中[1],纱疵检测技术也有了显著的发展,使基于各种传感器的电子清纱器的性能有了显著的提高。 机械式清纱器作为最早使用的清纱器,其接触式的测量原理存在很大的缺陷,纱疵的清除效率低于50%,所以,早已被电子清纱器所替代[2]。目前应用最广的是电容式电子清纱器,它应用的电容检测技术是纱疵检测领域的主流技术,能有效地感知纱线的平均密度,并在一定程度上可以检测纱线材质的变化,同时,电容传感器造价较低,相对稳定性较好。但是,电容检测技术受环境湿度影响较大,对检测环境要求相对较高,对当今纱线检测中的难点)/异色纱疵0的检测效果很差。 异色纱疵包括异色同质纱疵、异色异质纱疵以及特殊纱疵如丙纶丝等,要满足这些检测要求,需要采用光电检测的方式。本文在分析现有光电传感器原理的基础上,提出一种改进型光电式电子清纱器方案,以解决/异色纱疵0检测难题。 收稿日期:2009)09)111光电式电子清纱器 光电检测是指利用光电传感器来获取纱线信息的检测方法[3]。光电检测原理如图1所示。光源发出的光经过测量区,其中的一部分被纱线反射和吸收,剩余部分到达光接收器。光接收器将接收到的光信号转换为电信号,经后续电路整理输出。当有粗细变化明显的疵点通过时,输出信号发生相应的幅度变化,将该信号送交鉴别电路,即可判断该纱疵属于有碍纱疵还是无碍纱疵,若超过预先设定的工艺标准,则判定为有碍纱疵,鉴别电路发出一个清除信号,驱动电路驱动切刀将其切除,完成一次清除纱疵的过程[4]。在理想条件下,这种方法感知的是纱线沿光束方 向 图1光电式电子清纱器原理 F i g1Pr i n ci p le of op toelectron ic yarn cl ean er 102
常见光纤光栅传感器工作原理 光纤光栅传感器的工作原理 光栅的Bragg波长λB由下式决定：λB=2nΛ （1） 式中，n为芯模有效折射率，Λ为光栅周期。当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变或其它物理量发生变化时，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化，通过测量物理量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况。如利用磁场诱导的左右旋极化波的折射率变化不同，可实现对磁场的直接测量。此外，通过特定的技术，可实现对应力和温度的分别测量，也可同时测量。通过在光栅上涂敷特定的功能材料（如压电材料），还可实现对电场等物理量的间接测量。 1、啁啾光纤光栅传感器的工作原理 上面介绍的光栅传感器系统，光栅的几何结构是均匀的，对单参数的定点测量很有效，但在需要同时测量应变和温度或者测量应变或温度沿光栅长度的分布时，就显得力不从心。一种较好的方法就是采用啁啾光纤光栅传感器。 啁啾光纤光栅由于其优异的色散补偿能力而应用在高比特远程通信系统中。与光纤Bragg光栅传感器的工作原理基本相同，在外界物理量的作用下啁啾光纤光栅除了△λB的变化外，还会引起光谱的展宽。这种传感器在应变和温度均存在的场合是非常有用的，啁啾光纤光栅由于应变的影响导致了反射信号的拓宽和峰值波长的位移，而温度的变化则由于折射率的温度依赖性（dn／dT），仅影响重心的位置。通过同时测量光谱位移和展宽，就可以同时测量应变和温度。 2、长周期光纤光栅（LPG）传感器的工作原理 长周期光纤光栅（LPG）的周期一般认为有数百微米，LPG在特定的波长上把纤芯的
光耦合进包层：λi=（n0-niclad）。Λ。式中，n0为纤芯的折射率，niclad为i阶轴对称包层模的有效折射率。光在包层中将由于包层／空气界面的损耗而迅速衰减，留下一串损耗带。一个独立的LPG可能在一个很宽的波长范围上有许多的共振，LPG共振的中心波长主要取决于芯和包层的折射率差，由应变、温度或外部折射率变化而产生的任何变化都能在共振中产生大的波长位移，通过检测△λi，就可获得外界物理量变化的信息。LPG在给定波长上的共振带的响应通常有不同的幅度，因而LPG适用于多参数传感器。 光纤光栅传感器的应用 1、在民用工程结构中的应用 民用工程的结构监测是光纤光栅传感器最活跃的领域。力学参量的测量对于桥梁、矿井、隧道、大坝、建筑物等的维护和状况监测是非常重要的。通过测量上述结构的应变分布，可以预知结构局部的载荷及状况。光纤光栅传感器可以贴在结构的表面或预先埋入结构中，对结构同时进行冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等，以监视结构的缺陷情况。另外，多个光纤光栅传感器可以串接成一个传感网络，对结构进行准分布式检测，可以用计算机对传感信号进行远程控制。 光纤光栅传感器可以检测的建筑结构之一为桥梁。应用时，一组光纤光栅被粘于桥梁复合筋的表面，或在梁的表面开一个小凹槽，使光栅的裸纤芯部分嵌进凹槽得以保护。如果需要更加完善的保护，则最好是在建造桥时把光栅埋进复合筋，由于需要修正温度效应引起的应变，可使用应力和温度分开的传感臂，并在每一个梁上均安装这两个臂。 两个具有相同中心波长的光纤光栅代替法布里－珀罗干涉仪的反射镜，形成全光纤法布里－珀罗干涉仪（FFH），利用低相干性使干涉的相位噪声最小化，这一方法实现了高灵敏度的动态应变测量。用FFPI结合另外两个FBG，其中一个光栅用来测应变，另一个被保护起来，免受应力影响，以测量和修正温度效应，所以FFP～FBG实现了同时测量三个量：温度、静态应变、瞬时动态应变。这种方法兼有干涉仪的相干性和光纤布拉格光栅传感器的优点。已在5mε的测量范围内，实现了小于1με的静态应变测量精度、0.1℃的温度灵敏度和小于1nε/（Hz）1/2的动态应变灵敏度。
光纤光栅传感技术的发展及应用 单嵩 北京工业大学应用数理学院 000612班 指导教师：王丽 摘要本文综述了当前国内外对光纤光栅传感器的研究历史和现状，论述了光纤光栅传感器的工作原理，介绍了传感器在响应压力方面的研究，并讨论了光纤光栅传感器所面临的问题。 关键词光纤，光栅，传感器 一、引言 光纤通信技术在过去二十年里有了惊人的发展，它的出现，使得全球电信网络上的传输需求以指数速率增长。而新一代光纤技术——光纤光栅将在光纤技术以及众多相关领域中引起一场新的技术革命。1978年加拿大渥太华通信研究中心的K.O.HILL等人在研究光纤非线性光学性质时偶尔地制成了最初的光纤光栅并发现掺锗石英光纤紫外光敏特性。所谓光敏性是指光纤材料在一定波长的强光照射下，其折射率会发生永久变化。而折射率沿光纤按一定规律变化就可形成各种光纤光栅。1989年G.Meltz等人首次利用244nm的紫外光采用全息干涉的方法制作了侧面写入的光纤光栅，使得制作各种波长的光纤光栅成为可能。光纤光栅作为一种全光器件，其主要优点是低损耗、易于与其他光纤耦合、偏振不敏感，温度系数低、容易封装。根据光纤周期的不同，光纤光栅可以被分为短周期光纤光栅（FBG）和长周期光纤光栅（LPFG）。短周期光栅又称为Bragg光栅，它的周期尺寸可以与工作波长相比拟，一般约为0.5μm 。Bragg光栅可以有很多种应用，从滤波器、光分插复用器到色散补偿器。长周期光栅又称为传输光栅，它的周期要比工作波长大得多，从几百微米直到几个豪米。长周期光纤光栅的工作原理与Bragg光栅有所不同。在光纤Bragg光栅中，对于适当的波长，纤芯中前向传播模式的能量会被耦合进入后向传播模式中。而在长周期光栅中，纤芯中前向传播模式的能量将会被耦合到包层中前向传播的其它模式中。这些包层中的模式都是极高损耗的，随着它们沿光纤的传播，其能量迅速衰减。目前长周期光栅主要被用作滤波器及在掺铒光纤放大器中补偿不平坦的增益谱。 目前，围绕光纤光栅技术的研究主要分为二个方向: 一是光纤光栅致光机理和写入成栅技术的研究；二是关于光纤光栅应用技术的研究，由于光纤光栅本质上是一个带阻滤波器，因此在光纤通信和光纤传感方面应用广泛。光纤传感是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的优点。光波不产生电磁干扰，也不怕电磁干扰，易被各种光探测器接受，可方便地进行光电或电光转换。光纤工作频带宽，动态范围大，是一种优良的低损耗传输线和优良的敏感元件。因此，光纤传感技术一问世就受到极大重视，成为传感技术的先导，在某些重要领域，如惯性导航、军用告警、智能材料结构、测试与控制、机器人及信息处理等方面得到了广泛的应用。 二、光纤光栅传感技术原理 1、光纤Bragg 光栅的应变响应机理
光纤传感器论文标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
光纤传感器 毛琪 132640 （仪器科学与工程学院，东南大学，南京 210096） 摘要：光纤传感器是现在被广泛应用的一类新型传感器，具有抗电磁干扰、灵敏度高、重量轻、成本低等优良的特点。本文详细介绍了光纤传感器原理、结构和特性等方面的内容。同时举例说明了光纤传感器在实际工程应用中的广泛应用。 关键词：光纤传感器；原理；工程应用 Fiber optic sensor Mao Qi 132640 (School of Instrument Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096) Abstract：Fiber optic sensor is a new type of sensor with excellent features of anti-electromagnetic interference, high sensitivity, light weight and low-cost ,which is now widely used. The paper detailedly introduces the principles, structures and characteristics of fiber optic sensors. At the same time, some examples are provided to illustrate that fiber optic sensors are extensive used in practical engineering applications. Keywords: fiber optic sensor(FOS); principle; engineering application 1.引言 传感器技术、通信技术、计算机技术是现代信息技术的三大支柱，传感器作为探测与获取外界信息的重要环节之一而被应用于工业、农业及军事等各个领域。 近20多年来，光纤传感器的发展则大有取代传统传感器的趋势。光纤传感器是光通信和集成光学技术发展的结晶，与传统的传感器不同，它将被测信号的状态以光信号的形式取出。光信号不仅能被人所直接感知，并能通过利用半导体二极管等小型简单元件进行光电转换，极易与一些电子装备相匹配。此外，光纤不仅是一种敏感元件，还是一种优良的低损耗传输线。因此，光纤传感器还可以用于传统的传感器所不适用的远距离测量。 自从20世纪70年代末光纤传感器诞生以来，便由于其具有的防火、防爆、精度高、损耗低、体积小、重量轻、寿命长、性价比高、复用性好、响应速度快、抗电磁干扰、频带范围宽、动态范围大、易与光纤传输系统组成遥测网络等优点而被广泛地应用于各行各业。随着对其研究的不断深入，光纤传感器势必会对科学研究、国民生产、日常生活等诸多领域产生深远影响。 2.光纤传感器原理 光纤传感器主要组成部分是光导纤维，简称光纤。光纤是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1~100微米左右。它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端射入，在内芯和外套的界面上进过多次全反射，从另一端射出。光纤不仅可以作为光波的传播介质，而且光波在光纤中传播时表征光波的特征参量（振幅、相位、偏振态、波长等）因外界因素（如温度、压力、磁场、电场、位移、转动等）的作用而间接或直接地发生变化，从而可将光