光纖光柵傳感器屬于光纖傳感器的一種，該光纖傳感器主要是基于光纖光柵的傳感過程是通過外界物理參量對(duì)光纖布拉格（Bragg）波長(zhǎng)的調(diào)制來獲取傳感信息，是一種波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器。下面我們就光纖光柵傳感器的原理及應(yīng)用等方面來向大家作介紹。

由于光纖光柵與光纖之間天然的兼容性，很容易將多個(gè)光纖光柵串聯(lián)在一根光纖上構(gòu)成光纖光柵陣列，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式傳感，加上光纖光柵具有普通光纖的許多優(yōu)點(diǎn)外，且本身的傳感信號(hào)為波長(zhǎng)調(diào)制，測(cè)量信號(hào)不受光源起伏、光纖彎曲損耗不受光源功率波動(dòng)和系統(tǒng)損耗影響的特點(diǎn)，因此光纖光柵在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用引起了世界各國(guó)有關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注和極大興趣。自從1989年Morey等人首先對(duì)光纖光柵的應(yīng)變和溫度傳感特性進(jìn)行了研究后，光纖光柵傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，現(xiàn)在人們已將其逐步應(yīng)用于多種物理量的測(cè)量，制成了各種傳感器。

（一）光纖光柵傳感器的分類：

這些傳感器主要包括光纖光柵應(yīng)變傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器等。

（1）光纖光柵應(yīng)變傳感器及其原理：此種傳感器是在工程領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛，技術(shù)最成熟的光纖傳感器。應(yīng)變直接影響光纖光柵的波長(zhǎng)漂移，在工作環(huán)境較好或是待測(cè)結(jié)構(gòu)要求精小傳感器的情況下，人們將裸光纖光柵作為應(yīng)變傳感器直接粘貼在待測(cè)結(jié)構(gòu)的表面或者是埋設(shè)在結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。由于光纖光柵比較脆弱，在惡劣工作環(huán)境中非常容易破壞，因而需要對(duì)其進(jìn)行封裝后才能使用。目前常用的封裝方式主要有基片式、管式和基于管式的兩端夾持式。

（2）光纖光柵溫度傳感器及其原理：溫度是國(guó)際單位制給出的基本物理量之一，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中需要經(jīng)常測(cè)量和控制的主要參數(shù)，同時(shí)也是與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的一個(gè)重要物理量。目前，比較常用的電類溫度傳感器主要是熱電偶溫度傳感器和熱敏電阻溫度傳感器。光纖溫度傳感與傳統(tǒng)的傳感器相比有很多優(yōu)點(diǎn)，如靈敏度高，體積小，耐腐蝕，抗電磁輻射，光路可彎曲，便于遙測(cè)等?；诠饫w光柵技術(shù)的溫度傳感器，采用波長(zhǎng)編碼技術(shù)，消除了光源功率波動(dòng)及系統(tǒng)損耗的影響，適用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè);而且多個(gè)光纖光柵組成的溫度傳感系統(tǒng)，采用一根光纜，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測(cè)量。溫度也是直接影響光纖光柵波長(zhǎng)變化的因素，人們常常直接將裸光纖光柵作為溫度傳感器直接應(yīng)用。同光纖光柵應(yīng)變傳感器一樣，光纖光柵溫度傳感器也需要進(jìn)行封裝，封裝技術(shù)的主要作用是保護(hù)和增敏，人們希望光纖光柵能夠具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和較長(zhǎng)的壽命，與此同時(shí)，還希望能在光纖傳感中通過適當(dāng)?shù)姆庋b技術(shù)提高光纖光柵對(duì)溫度的響應(yīng)靈敏度。普通的光纖光柵其溫度靈敏度只有0.010nm/℃左右，這樣對(duì)于工作波長(zhǎng)在1550nm的光纖光柵來說，測(cè)量100℃的溫度范圍波長(zhǎng)變化僅為lnm。應(yīng)用分辨率為lpm的解碼儀進(jìn)行解調(diào)可獲得很高的溫度分辨率，而如果因?yàn)樵O(shè)備的限制，采用分辨率為0.06nm的光譜分析儀進(jìn)行測(cè)量，其分辨率僅為6度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際測(cè)量的需要。目前常用的封裝方式有基片式、管式和聚合物封裝方式等。

（3）光纖光柵位移傳感器及其原理：研究人員開展了應(yīng)用光纖光柵進(jìn)行位移測(cè)量的研究，目前這些研究都是通過測(cè)量懸臂梁表面的應(yīng)變，然后通過計(jì)算求得懸臂梁垂直變形，即懸臂梁端部垂直位移。這種“位移傳感器”不是真正意思上的位移傳感器，目前這種傳感器在實(shí)際工程已取得了應(yīng)用，國(guó)內(nèi)亦具有商品化產(chǎn)品。

（4）光纖光柵壓力傳感器及其原理對(duì)拉力或壓力的監(jiān)測(cè)也是監(jiān)測(cè)的一部分重要內(nèi)容，如橋梁結(jié)構(gòu)的拉索的整體索力、高緯度海洋平臺(tái)的冰壓力，以及道路的土壤壓力，水壓力等。哈工大歐進(jìn)萍等人相繼開發(fā)出了光纖光柵拉索壓力環(huán)和光纖光柵冰壓力傳感器，英國(guó)海軍研究中心開發(fā)了光纖光柵土壤壓力傳感器，用以監(jiān)測(cè)公路內(nèi)部的荷載情況。并且各國(guó)相繼開始光纖光柵油氣井壓力傳感器的研究工作。

除以上介紹的光纖光柵傳感器外，光纖光柵研究人員和傳感器設(shè)計(jì)人員基于光纖光柵的傳感原理，還設(shè)計(jì)出光纖光柵伸長(zhǎng)計(jì)，光纖光柵曲率計(jì)，光纖光柵濕度計(jì)，以及光纖光柵傾角儀，光纖光柵連通管等。此外，人們還通過光纖光柵應(yīng)變傳感器制成用于測(cè)量公路運(yùn)輸情況的運(yùn)輸計(jì)、用于測(cè)量公路施工過程中瀝青應(yīng)變的應(yīng)變計(jì)等。

（二）光纖光柵傳感器的特點(diǎn)

（1）抗電磁干擾：一般電磁輻射的頻率比光波低許多，所以在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)不受電磁干擾的影響。

（2）電絕緣性能好，安全可靠：光纖本身是由電介質(zhì)構(gòu)成的，而且無需電源驅(qū)動(dòng)，因此適宜于在易燃易爆的油、氣、化工生產(chǎn)中使用。

（3）耐腐蝕，化學(xué)性能穩(wěn)定：由于制作光纖的材料一石英具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，因此光纖傳感器適宜于在較惡劣環(huán)境中使用。

（4）體積小、重量輕，幾何形狀可塑。

（5）傳輸損耗小：可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控監(jiān)測(cè)。

（6）傳輸容量大：可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分布式測(cè)量。

（7）測(cè)量范圍廣：可測(cè)量溫度、壓強(qiáng)、應(yīng)變、應(yīng)力、流量、流速、電流、電壓、液位、液體濃度、成分等。

（三）光纖光柵傳感器的應(yīng)用自從1989年美國(guó)的Morey等人首次進(jìn)行光纖光柵的應(yīng)變與溫度傳感器研究以來，世界各國(guó)都對(duì)其十分關(guān)注并開展了廣泛的應(yīng)用研究，在短短的10多年時(shí)間里光纖光柵己成為傳感領(lǐng)域發(fā)展最快的技術(shù)，并在很多領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用，如航空航天、土木工程、復(fù)合材料、石油化工等領(lǐng)域。