光纤光栅应变传感器研究.ashx

光纤光栅应变传感器原理
光纤光栅应变传感器是一种利用光纤光栅技术实现应变测量的传感器。

其原理基于声光调制和布拉格衍射原理。

将光纤光栅与测量对象粘合在一起，当对象发生应变时，光纤光栅会受到垂直于测量方向的应变作用，导致其光纤格点间距发生改变，进而改变光纤光栅的布拉格反射特性。

此时，通过读取光纤光栅的反射光信号，即可得到应变信息。

光纤光栅应变传感器具有精度高、抗干扰能力强、可重复使用等优点，可广泛应用于结构健康监测、土木工程、航空航天、石油化工等领域。

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光纤光栅应变北京通为传感光纤光栅应变传感技术是一种基于光纤光栅原理的应变测量技术，它利用光纤光栅的特殊结构和光学特性，将应变信号转换为光学信号，从而实现对物体应变的测量。

在工业、航空、航天、交通等领域中，光纤光栅应变传感技术已经得到了广泛的应用。

北京通是一家专业从事光纤光栅应变传感技术研究和应用的公司，其研发的光纤光栅应变传感器具有高精度、高灵敏度、高可靠性等优点，已经成为国内外应变传感领域的重要产品之一。

光纤光栅应变传感技术的原理是利用光纤光栅的光学特性，将应变信号转换为光学信号。

光纤光栅是一种由光纤制成的光学元件，它的结构是在光纤芯层中加入一定的折射率周期性变化的光栅结构。

当光线通过光纤光栅时，会发生布拉格衍射现象，即光线会被反射回来，形成反射光谱。

当光纤光栅受到应变时，光栅结构会发生微小的变化，从而改变反射光谱的特征，这种变化可以通过光谱分析技术进行测量，从而实现对应变信号的测量。

光纤光栅应变传感技术具有很多优点，例如高精度、高灵敏度、高可靠性、抗干扰能力强等。

与传统的应变传感技术相比，光纤光栅应变传感技术具有更高的分辨率和更广的测量范围，可以实现对微小应变的测量，同时也可以应用于高温、高压等恶劣环境下的应变测量。

北京通的光纤光栅应变传感器是一种基于光纤光栅原理的应变测量设备，它具有高精度、高灵敏度、高可靠性等优点，已经广泛应用于航空、航天、交通、能源等领域。

例如，在航空领域中，光纤光栅应变传感器可以用于飞机结构的应变监测，从而实现对飞机结构的健康监测和故障诊断；在交通领域中，光纤光栅应变传感器可以用于桥梁、隧道等交通设施的应变监测，从而实现对交通设施的安全监测和维护。

光纤光栅应变传感技术是一种基于光学原理的应变测量技术，具有高精度、高灵敏度、高可靠性等优点，已经成为工业、航空、航天、交通等领域中应变测量的重要技术之一。

北京通作为光纤光栅应变传感技术的领先企业，将继续致力于光纤光栅应变传感技术的研究和应用，为社会的发展和进步做出更大的贡献。

光纤光栅应变传感器工艺制作流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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光纤光栅传感器的研究的开题报告
一、研究背景
随着传感器技术的不断发展和应用的不断扩展，光纤光栅传感器具有实时、快速、准确、灵敏度高、抗干扰能力强等优点逐渐受到人们的关注和重视。

光纤光栅传感器
是一种基于光纤传输特性的传感器，采用光纤的折射率随温度、应力、压力、湿度等
物理量发生变化的特性，利用光纤中的光栅信号传输原理进行测量。

光纤光栅传感技
术已经被广泛应用于航空航天、石油化工、生命科学等领域，并且有着广阔的应用前景。

二、研究目的
本研究旨在探究光纤光栅传感器技术原理及其在实际工程中的应用，深入分析光纤光栅传感器的测量原理、信号处理方法以及各种应用场景，提高该传感器在不同领
域的实际应用水平，并为其在工程应用中提供指导和支持。

三、研究内容
1. 光纤光栅传感器的基本原理和特点。

2. 光纤光栅传感器信号的获取和处理方法研究。

3. 典型的光纤光栅传感器应用领域深入分析。

4. 不同环境下光纤光栅传感器性能分析及其优化措施研究。

5. 光纤光栅传感器在具体应用中的实际案例分析研究。

四、研究方法
本研究采用文献调研、实验研究、实例分析等方法，通过对光纤光栅传感器的理论剖析，对其在实际环境中的特性和优劣势进行多方面的研究，深入分析其不同应用
场景下的性能和应用潜力，从而进一步提高其应用效果和性能水平。

五、研究意义
本研究可对光纤光栅传感技术原理和特点进行深入探究，为其在不同领域的广泛应用提供理论和实践支持。

同时，可以为传感技术研究人员提供一定的参考，促进该
领域的更好发展。

光纤光栅传感器的研究与应用0 引言近年来。

随着光纤通信技术向着超高速、大容量通信系统的方向发展，以及逐步向全光网络的演进．在光通信迅猛发展的带动下，光纤光栅光纤光栅已成为发展最为迅速的光纤无光源器件之一。

光纤在紫外光强激光照射下，利用光纤纤芯的光敏感特性．光纤的折射率折射率将随光强的空间分布发生相应的变化。

这样，在光纤轴向上就会形成周期性的折射率波动，即为光纤光栅。

由于光纤光栅具有高灵敏度、低损耗、易制作、性能稳定可靠、易与系统及其它光纤器件连接等优点，因而在光通信、光纤传感等领域得到了广泛应用。

为此。

本文从光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅等光纤光栅的原理出发，综述了光纤布拉格光栅对温度、应变同时测量技术的应用。

1 光纤传感器传感器的工作原理1．1 光纤光栅传感器的结构光纤布拉格光栅FBG于1978年发明问世。

它利用硅光纤的紫外光敏性写入光纤芯内，从而在光纤上形成周期性的光栅，故称为光纤光栅。

图l所示是其光纤光栅传感器的典型结构。

在图1所示的光纤光栅传感器结构中，光源为宽谱光源且有足够大的功率，以保证光栅反射信号良好的信噪比。

一般选用侧面发光二极管ELED的原因是其耦合进单模光纤的光功率至少为50～100 μW。

而当被测温度或压力加在光纤光栅上时。

由光纤光栅反射回的光信号可通过3 dB光纤定向耦合器送到波长鉴别器或波长分析器，然后通过光探测器进行光电转换，最后由计算机进行分析、储存，并按用户规定的格式在计算机上显示出被测量的大小。

光纤光栅除了具备光纤传感器的全部优点外．还具有在一根光纤内集成多个传感器复用的特点，并可实现多点测量功能。

1．2 光纤布拉格光栅原理光纤布拉格光栅通常满足布拉格条件式中，λB为Bragg波长，n为有效折射率，A为光栅周期。

当作用于光纤光栅的被测物理量(如温度、应力等)发生变化时，会引起n和A的相应改变，从而导致λB的漂移；反过来，通过检测λB的漂移。

保偏光纤光栅应变传感器的研究孙宇丹【摘要】针对光纤布拉格光栅(FBG)温度和应变的交叉敏感问题,设计了一种带熔点保偏光纤光栅(PMFBG)结构.该结构通过将2段保偏光纤带加大推进量熔接,形成中间凸起结构,然后在熔点位置写入光栅.文中首先采用熊猫保偏光纤设计制作了该结构,并搭建实验装置测试其在(0～2)N轴向应力作用下的反射光谱,发现PMFBG 快轴和慢轴的反射谱均分裂成2个峰值,随着轴向应力的增加,反射谱整体产生红移,同时分裂的2个峰值强度的比值单调减小,且不受温度的影响.随后,采用有限元法分析了该结构的轴向应变分布,并基于传输矩阵法仿真分析了该PMFBG反射光谱随应力的变化特性,仿真与实验结果的一致性较好.证实可利用PMFBG反射光谱的峰值之比消除轴向应变与温度的交叉敏感性,实现轴向应变的测量.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】5页(P942-946)【关键词】保偏光纤光栅;应变传感器;熔点;温度不敏感【作者】孙宇丹【作者单位】大庆师范学院机电工程学院,黑龙江大庆163712【正文语种】中文【中图分类】TN253;O439引言光纤光栅(FBG)作为一种重要的传感器件具有体积小、重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，并且能够实现准分布式测量，已经广泛应用于桥梁、大坝等建筑物的健康监测[1-3]。

然而，在实际应用过程中往往需要克服温度与应变的交叉敏感问题[4-5]，为此研究人员提出很多解决方法，如采用双FBG法[6]，FBG和长周期光纤光栅结合法[7]，以及特殊结构光纤光栅法[8-10]。

保偏光纤作为一种特种光纤已经得到广泛应用，当在保偏光纤上写入光栅时，其反射谱包含2个布拉格共振峰。

并且，这2个Bragg反射波长对温度和应变的敏感系数不同，可直接解决普通FBG的温度与应变交叉敏感问题。

然而，慢轴和快轴布拉格反射波长的相对漂移量随温度和应变的变化差别较小，导致同时测量温度和应变时灵敏度较低[11]。

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。

光纤光栅传感实验一、实验目的1. 理解光纤光栅的制作原理；2. 掌握光纤光栅传感的原理；3. 学会使用光纤光栅传感仪软件；4. 使用光纤光栅传感仪测量温度变化对输出波长的影响；5. 使用光纤光栅传感仪测量应力变化对输出波长的影响；二、实验原理光纤光栅传感的基本原理和光纤光栅传感测量的基本原理光纤光栅受温度T 和应变ε同时影响时，光纤光栅峰值波长会发生变化，其相对变化量可以写成：Δλ/λ=(α+ξ)ΔT+（1－Pe ）ε （6）其中α、ξ分别是光纤的热膨胀系数和热光系数，其值α＝0.55×10－6，ξ＝8.3×10－6，即温度灵敏度大约是0.0136 nm /℃，（λ为1550nm ）；Pe 是有效光弹系数，大约为0.22，即应变灵敏度为0.001209 nm /με。

2.1光纤光栅温度传感器为了提高光纤光栅温度灵敏度，在光纤光栅温度传感器中，是将光纤光栅封装在温度增敏材料基座上，外部有不锈钢管保护，外面有加热装置。

如图4。

波长变化量及温度灵敏度分别为（请自行推算）：Δλ/ΔT =（(α+ξ) +（1－P ）（αj －α））λ （7）[Δλ/ΔT =αt ]αt 定义为该温度传感器的温度灵敏度，可由实验获得，大约是αt ＝0.035nm/℃。

由测量到的波长的变化量可计算出温度的变化t-t 0：2.2光纤光栅应变传感器本实验仪的光纤光栅应变传感器是一种悬臂梁应变调谐机构。

应用材料力学原理可以严格计算出光纤光栅的应变，用于模拟环境物理量使光纤光栅产生的应变。

由光纤光栅的应变又可计算出传感光栅的波长变化。

图1光纤光栅示意图出 射 光布喇格光纤光栅 纤芯入射光 反射光光纤包层光纤光栅应变传感器原理图如图5光纤光栅粘接在悬臂梁距固定端根部x 位置，螺旋测微器调节挠度，由材料力学可知，光纤光栅的应变为：3)(3l dhx l -=ε （8） 其中l 、h 、d 分别表示梁的长度、挠度和中性面至表面的距离，η＝1－PePe 是光纤有效光弹系数。

基于光纤光栅传感器温度补偿的低温应变测量方法研究文章标题：基于光纤光栅传感器温度补偿的低温应变测量方法研究一、引言基于光纤光栅传感器的低温应变测量方法在航空航天、军事装备、核能设施等领域具有重要的应用价值。

然而，在低温环境下，光纤光栅传感器的温度特性可能会对应变测量结果产生较大的影响，因此需要进行温度补偿处理。

本文将就基于光纤光栅传感器温度补偿的低温应变测量方法展开深入探讨。

二、光纤光栅传感器原理及其在低温应变测量中的应用光纤光栅传感器是一种利用光纤中的光栅结构对光信号进行调制和检测的传感器，其原理是通过测量光栅结构的变化来实现对应变的监测。

在低温应变测量中，由于光纤光栅传感器的高灵敏度和免受电磁干扰的特点，被广泛应用于低温环境下的应变监测。

三、光纤光栅传感器温度特性对低温应变测量的影响在低温环境下，光纤光栅传感器的温度特性会对其测量结果产生影响。

低温会导致光纤光栅传感器的本征特性发生变化，影响其对应变的响应；另低温环境中的温度梯度和热应力也会对光纤光栅传感器的性能造成影响。

对光纤光栅传感器的温度特性进行准确补偿，是确保低温应变测量准确性的关键。

四、基于光纤光栅传感器的温度补偿算法研究针对光纤光栅传感器在低温环境下的温度补偿问题，研究人员提出了多种温度补偿算法。

其中，采用光纤光栅传感器自身的温度响应特性进行建模，并结合温度传感器对光纤光栅传感器进行实时温度补偿是一种较为常见的方法。

还有基于信号处理和数据分析的温度补偿算法，通过对原始数据进行处理和分析，消除温度对测量结果的影响。

五、研究现状及发展趋势目前，基于光纤光栅传感器温度补偿的低温应变测量方法已经取得了一定的进展，但仍存在一些问题和挑战。

对光纤光栅传感器温度特性的建模和补偿算法的精度有待进一步提高，对温度梯度和热应力的影响机制还需深入研究。

未来，随着光纤光栅传感器技术的不断发展和完善，基于光纤光栅传感器的低温应变测量方法将更加准确和可靠。

六、个人观点及总结在本文的研究过程中，笔者认为基于光纤光栅传感器的低温应变测量方法具有重要的理论和应用意义。

光纤光栅应变监测监测原理光纤光栅就是一段光纤，其纤芯中具有折射率周期性变化的结构。

根据模耦合理论，Λ=n B 2λ的波长就被光纤光栅所反射回去（其中λB 为光纤光栅的中心波长，Λ为光栅周期，n 为纤芯的有效折射率）。

图1 光纤光栅的结构反射的中心波长信号λB ，跟光栅周期Λ，纤芯的有效折射率n 有关，所以当外界的被测量引起光纤光栅温度、应力改变都会导致反射的中心波长的变化。

也就是说光纤光栅反射光中心波长的变化反映了外界被测信号的变化情况。

当布喇格光纤光栅做探头测量外界的温度、压力或应力时，光栅自身的栅距发生变化，从而引起反射波长的变化，解调装置即通过检测波长的变化推导出外界被测温度、压力或应力。

性能指标主要特点★可靠性好、抗干扰能力强 ★ 测量精度高★ 分布式测量，测量点多，测量范围大。

★ 传感头结构简单、尺寸小★ 抗电磁干扰、抗腐蚀、适于恶劣的化学环境 下工作。

★ 系统安装使用过程中无需定标，使用寿命可 达25年以上，适用于长期监测。

应用领域航空航天器、石油化学工业设备、电力设备、船舶结构、建筑结构、桥梁结构、医疗器具、核反应堆结构等工程实例采用光纤监测混凝土大管桩在施工过程中的应变结果分析舟山万邦永跃船舶修造有限公司30万吨级舾装码头船坞应变监测徐州矿务局张双楼煤矿主通风井冻法施工安全监测内蒙古多伦电厂桩基静载测试马来西亚宾城跨海大桥桩基承载力检测深表土冻结外井壁光纤应力实测分析监测点布置总体原则为掌握竖井壁变形动态，并在今后继续发挥其安全预警作用，应布设较为全面完整的多方位监测体系，从而最大限度的发挥光纤光栅传感器的功能，经初步分析，井壁可能的变形主要包括：井壁受周围粘土挤压产生应变；应变引起井壁相对位移（井壁收敛）；深度不同引起叠加位移等，另外因采用冻法施工，井壁壁后温度也是影响作业面及支护初期安全的重要要素，这些要素很有可能成为护壁破坏失稳、发生恶性事故的诱发条件。

综上述，竖井监测系统设计的总体原则是：采用多层、多向监测的方法，在关键点（层）布置光纤应变、温度传感器，监测内容包括：井壁应变监测、壁后温度监测。

基于光纤光栅传感器的应变测量原理及应用光纤光栅传感器是一种基于光纤的传感器，可以用于测量应变、温度、压力等物理量，广泛应用于工业、民用和科学研究领域。

其中，应变测量是光纤光栅传感器的一个重要应用，下面我们将深入探讨基于光纤光栅传感器的应变测量原理及应用。

一、应变测量原理应变是表征物体形变程度的物理量。

在物体受到外力作用时，其原有的结构形态发生变化，长度或形状发生变化，这种变化称为应变。

光纤光栅传感器的测量原理是利用光纤中的光栅作为敏感元件，通过测量光纤中的光信号的变化来测量物理量。

在应变测量中，光纤光栅传感器的敏感元件是一段光纤，当光纤受到应变作用时，其长度或形状发生变化，导致光栅尺寸发生变化，从而改变了光的传播路径和波长。

通过测量光纤传输的光信号的传播路径和波长变化，可以计算出应变的大小。

二、应变测量应用基于光纤光栅传感器的应变测量可以应用于多种场合，例如力学实验、结构监测、土木工程等。

下面将重点介绍在土木工程中的应用。

1.桥梁监测桥梁是交通运输的重要组成部分，承担着极其重要的作用。

然而，由于气候、车辆荷载、地震等因素的影响，桥梁可能会出现应变和形变。

因此，桥梁的安全性和运行状态的监测是必不可少的。

光纤光栅传感器可以用于桥梁监测，通过测量桥梁的应变来判断桥梁的安全状态。

2.隧道监测隧道是重要的公共基础设施，其长期使用会产生形变，引起隧道结构的损坏和病害。

因此，隧道的监测也是必不可少的。

光纤光栅传感器可以应用于隧道监测，通过测量隧道的应变来判断隧道结构的变形情况。

3.地质灾害监测地质灾害是城市建设和农业生产过程中的重要问题。

地质灾害可能对人民生命财产造成严重的损失。

因此，地质灾害的监测也是必不可少的。

光纤光栅传感器可以应用于地质灾害监测，通过测量地质灾害发生区域的应变来判断灾害的发生情况和规模。

4.混凝土构件监测混凝土是建筑构件的常用材料。

然而，混凝土在使用过程中会受到外界环境的影响，出现应变和形变。

光纤光栅传感器的研究与应用 0 引言 近年来。随着光纤通信技术向着超高速、大容量通信系统的方向 发展，以及逐步向全光网络的演进．在光通信迅猛发展的带动下，光纤光栅已 成为发展最为迅速的光纤无光源器件之一。光纤在紫外光强激光照射下，利用 光纤纤芯的光敏感特性．光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应的变化。 这样，在光纤轴向上就会形成周期性的折射率波动，即为光纤光栅。由于光纤 光栅具有高灵敏度、低损耗、易制作、性能稳定可靠、易与系统及其它光纤器 件连接等优点，因而在光通信、光纤传感等领域得到了广泛应用。为此。本文 从光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅等光纤光栅的原理出发，综述了光纤布拉 格光栅对温度、应变同时测量技术的应用。1 光纤传感器的工作原理 1．1 光 纤光栅传感器的结构 光纤布拉格光栅 FBG 于 1978 年发明问世。它利用硅光 纤的紫外光敏性写入光纤芯内，从而在光纤上形成周期性的光栅，故称为光纤 光栅。图 l 所示是其光纤光栅传感器的典型结构。

在图 1 所示的光纤光栅传感器结构中，光源为宽谱光源且有足够大的功率， 以保证光栅反射信号良好的信噪比。一般选用侧面发光二极管 ELED 的原因是 其耦合进单模光纤的光功率至少为 50～100 μW。而当被测温度或压力加在 光纤光栅上时。由光纤光栅反射回的光信号可通过 3 dB 光纤定向耦合器送到波 长鉴别器或波长分析器，然后通过光探测器进行光电转换，最后由计算机进行 分析、储存，并按用户规定的格式在计算机上显示出被测量的大小。 光纤光 栅除了具备光纤传感器的全部优点外．还具有在一根光纤内集成多个传感器复 用的特点，并可实现多点测量功能。1．2 光纤布拉格光栅原理 光纤布拉格光 栅通常满足布拉格条件 式中，λB 为 Bragg 波长，n 为有效折射率，A