FBG温度传感器——波长调制
1、基本原理
短周期光纤光栅又称为光纤布拉格光栅（FBG）是一种典型的波长调制型光纤传感器这种传感器能根据环境温度以及/或者应变的变化来改变其反射的光波的波长。
其结构如图所示
基于光纤光栅传感器的传感过程是通过外界参量对布拉格中心波长λB的调制来获取传感
信号，其数学表达式为错误！未找到引用源。
=2n eff A
错误！未找到引用源。
为Bragg波长，A为光栅周期，n为光纤模式的有效折射率。
引起光栅布拉格波长飘移的外界因素如温度、应力等会引起光栅周期A 和纤芯有效折射率的改变。
其中光纤布拉格光栅反射波长随应变和温度的变化可以近似地用方程
其中Δλ是反射波长的变化而λo 为初始的反射波长。
2、传感器结构设计
FBG温度传感器的基本构造如下图所示
光纤温度监测系统主要由光纤光栅传感器、传输信号用的光纤和光纤光栅解调器组成。
光纤光栅解调器用于对光纤光栅传感器的信号检测和数据处理，以获得测量结果，传输光纤用于传输光信号，光纤光栅传感器则主要用于反射随温度变化中心波长的窄带光，光纤光栅反射波长的移动与温度的变化成线性关系，通过解调器测量光纤光栅反射波长的移动,便可确定环境温度T。
由于光纤布拉格光栅周期和纤芯的有效折射率会同时受到应变和温度变化的影响。
当进行温度测量的时候，光纤布拉格光栅必须保持在完全不受应变影响的条件下。
即需要对光纤光栅传感部分进行封装，保证传感部分不受到外界应力的影响。
光纤传感器的传光原理
光纤在传输中可以传播多种方式的光波，如单模或多模光纤、光纤光
栅等。
其中，单模光纤由于波长调制调制技术的发展，成为了利用最为广
泛的光纤类型之一。
对于单模光纤中的模式，其传输路径是不同的。
基本上，单模光纤中
只有一个传输模式可以传输，并且沿着单一的轴向传输，它被称为单个轴
模式，也被称为基础模式。
基础模式的传输可以被描述为在整个光纤长度
中发生的相互作用，其中光波被作为一条完整的线路沿着轴向传播。
在光纤中，光与物质之间的交互是通过折射和反射来实现的。
在光纤
传感器中，当光纤传感器的长度发生变化时，光的传输路径也发生变化，
会产生相应的光路差，从而改变光的相位。
相位的改变会导致光强的变化，这就是基于相位敏感的光纤传感器的
工作原理，也被称为干涉型光纤传感器。
在传感器的测试区域内，两个光
纤的光线相遇并创建干涉图案。
当光线的波长很短时，它们将会非常接近，使得干涉图案中呈现出极
为细微的变化。
如果对这种微小变化进行监测，就可以检测出被测量的物
理量的变化。
在光纤传感器的测量中，需要通过多种方式来提高其灵敏度和测量精度。
例如，可以采用微纳加工制备特定结构的光纤，或使用光纤光栅技术，通过改变光纤中的光反射或折射来实现测量物理量。
总之，光纤传感器的传光原理是利用光在传输过程中的相互作用来实
现物理量的测量。
在这个过程中，光波的相位和干涉图案的变化是测量物
理量的关键。
通过不断优化光纤的结构和使用新的技术，光纤传感器在各种应用领域中获得了广泛的应用。
