下载文档原格式
中科院半导体所科技成果——光纤光栅应变传感器项目成熟阶段成熟期项目来源企业委托
成果简介光纤光栅应变传感器利用光纤进行传感和传输，本质无源、体积小、重量轻、无电磁干扰问题。
一根光纤可串联多支传感器，配合高精度解调系统，可进行数百只传感器的大规模组网应用。
传感器可设计成不同封装形式，如表面粘接式、焊接式、埋入式、螺栓安装式等。
广泛应用于石油石化、电力、消防、土木工程、水利工程、现代交通等领域。
技术特点体积小、重量轻、无电磁干扰、传输距离长（可达数千米）、可大规模组网。
专利情况该技术已为成熟技术，不存在专利壁垒问题。
市场分析土木工程监测领域需求强烈，年市场容量在一亿人民币以上。
半导体所的光纤应变传感器已经成功用于杭州湾跨海大桥、西气东输工程的管道、太原卫星发射中心的健康监测中，取得了良好的效果。
合作方式技术服务、技术入股
产业化所需条件企业提供厂房、基础建设、600万启动资金和设备资金，5人左右的技术团队和10人左右的生产团队。
光纤光栅应变
光纤光栅应变是光子学中一种非常重要的应用领域。
在实践中，光纤光栅常常被用于测量各种应变，如温度、压力、位移等。
其基本原理是通过监测光纤光栅的中心波长的偏移量，可以计算出其所受到的应变。
光纤光栅应变传感器具有许多优点，例如高灵敏度、高精度、抗电磁干扰、耐腐蚀等。
由于这些优点，光纤光栅应变传感器在许多领域中都得到了广泛的应用，如土木工程、航空航天、石油化工、交通运输等。
然而，光纤光栅应变传感器也存在一些挑战和限制。
例如，光纤光栅的响应时间和恢复时间较长，容易受到温度和湿度的影响，以及容易受到机械应力的影响。
因此，为了提高光纤光栅应变传感器的性能和可靠性，需要进一步研究和改进其材料和制造工艺。
总之，光纤光栅应变传感器是一种非常重要的应用领域，具有广泛的应用前景和重要的研究价值。
未来，随着光子学技术的不断发展，光纤光栅应变传感器将会得到更广泛的应用和更深入的研究。
1。
一、实验目的本次实验旨在了解光纤光栅传感技术的基本原理、工作过程以及其在实际应用中的重要性。
通过实验，掌握光纤光栅传感器的制作方法、传感特性以及传感信号的处理技术，为后续研究光纤光栅传感器在相关领域的应用打下基础。
二、实验原理光纤光栅传感器是一种基于光纤布拉格光栅（FBG）原理的新型传感器。
当外界物理量（如温度、应变、压力等）作用于光纤光栅时，光栅的布拉格波长会发生相应的变化，从而实现物理量的测量。
三、实验仪器与材料1. 光纤光栅传感器实验装置2. 光纤光谱分析仪3. 恒温水浴箱4. 拉伸机5. 氧化铝薄膜四、实验步骤1. 光纤光栅传感器的制作（1）将一根单模光纤切割成一定长度，并利用氧化铝薄膜对光纤进行腐蚀，形成光纤光栅。
（2）将制作好的光纤光栅固定在实验装置上，并进行封装。
2. 温度传感实验（1）将光纤光栅传感器放入恒温水浴箱中，分别设置不同的温度，记录光纤光谱分析仪输出的布拉格波长。
（2）分析温度与布拉格波长之间的关系，绘制温度-波长曲线。
3. 应变传感实验（1）将光纤光栅传感器连接到拉伸机上，施加不同大小的应变，记录光纤光谱分析仪输出的布拉格波长。
（2）分析应变与布拉格波长之间的关系，绘制应变-波长曲线。
五、实验结果与分析1. 温度传感实验实验结果显示，随着温度的升高，光纤光栅传感器的布拉格波长发生蓝移，且蓝移量与温度呈线性关系。
通过拟合曲线，得到温度-波长关系式：$$\Delta\lambda = aT + b$$其中，$\Delta\lambda$为布拉格波长变化量，$T$为温度，$a$和$b$为拟合参数。
2. 应变传感实验实验结果显示，随着应变的增大，光纤光栅传感器的布拉格波长发生红移，且红移量与应变呈线性关系。
通过拟合曲线，得到应变-波长关系式：$$\Delta\lambda = c\epsilon + d$$其中，$\Delta\lambda$为布拉格波长变化量，$\epsilon$为应变，$c$和$d$为拟合参数。
光纤光栅的应力和温度传感特性研究 (1)一 光纤光栅传感器理论基础 (1)1 光纤光栅应力测量 (1)2 光纤光栅温度测量 (2)3 光纤光栅压力测量 (3)二 光纤光栅传感器增敏与封装 (3)1 光纤光栅的应力增敏 (4)2 光纤光栅的温度增敏 (4)3 光纤光栅的温度减敏 (5)4 嵌入式敏化与封装 (5)5 粘敷式敏化与封装 (7)三 光纤光栅传感器交叉敏感问题及其解决方法 (9)1 参考光纤光栅法 (10)2 双光栅矩阵运算法 (10)3 FBG 与LPFG 混合法 (11)4 不同包层直径熔接法 (12)5 啁啾光栅法 (12)光纤光栅的应力和温度传感特性研究一 光纤光栅传感器理论基础1 光纤光栅应力测量由耦合模理论可知，光纤布拉格光栅(FBG)的中心反射波长为：2B eff n λ=Λ (1)式中：eff n 为导模的有效折射率，Λ为光栅的固有周期。
当波长满足布拉格条件式(1)时，入射光将被光纤光栅反射回去。
由公式(1)可知，光纤光栅的中心反射波长B λ随eff n 和Λ的改变而改变。
FBG 对于应力和温度都是很敏感的，应力通过弹光效应和光纤光栅周期Λ的变化来影响B λ，温度则是通过热光效应和热胀效应来影响B λ。
当光纤光栅仅受应力作用时，光纤光栅的折射率和周期发生变化，引起中心反射波长B λ移动，因此有：eff BB effn n λλ∆∆∆Λ=+Λ (2) 式中：eff n ∆为折射率的变化，∆Λ为光栅周期的变化。
光栅产生应力时的折射率变化：()21211112effeff e effn n P P P n μμεε∆=---=-⎡⎤⎣⎦ (3) 式中： ()21211112e eff P n P P μμ=--⎡⎤⎣⎦ (4) ε是轴向应力，μ是纤芯材料的泊松比，11P 、12P 是弹光系数，e P 是有效弹光系数。
假设光纤光栅是绝对均匀的，也就是说，光栅的周期相对变化率和光栅段的物理长度的相对变化率是一致的。
