传感器的光路形式有两种：一种是透射式光栅，它的栅线刻在透明材料（如工业用白玻璃，光学玻璃等）上；另一种是反射式光栅，它的栅线刻在具有强反射的金属（不锈钢）或玻璃镀金属膜（铝膜）上。这种传感器的优点是量程大和精度高。光栅式传感器应用在程控、数控机床和三坐标测量机构中，可测量、动态的直线位移和整圆角位移。在机械振动测量、变形测量等领域也有应用。

   光纤光栅是利用光线中的光敏性制成的，所谓光线中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性。而在纤芯内形成的空间相位光栅，其实质就是在纤芯内形成一个窄带的（透射和反射）滤波器和反射镜。利用这一特性可制造出许多性能*的光纤器件。它们都具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，易于光纤耦合，可与其他光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优异性能。

   光纤光栅的种类很多，主要分为两大类：一是Bragg光栅（也称为反射或短周期光栅），二是透射光栅（也称为长周期光栅）。光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构，从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅；其中，色散补偿型光栅是非周期光纤，又称为啁啾光栅（chirp光栅）。目前光纤光栅的应用主要集中在光纤通信领域和光栅传感器领域。

   在光纤传感器领域，光纤光栅传感器的应用前景十分广阔。由于光纤光栅传感器具有抗电磁干扰，尺寸小（标准裸光纤为125um）、重量轻、耐温性好（工作温度上限可达400℃~600℃）、复用能力强、传输距离远（传感器到解调端可达到几公里）、耐腐蚀、高敏感度、无源器件、异形变等优点，早在1988年就成功地应用在航空、航天领域中作为有效地无损检测当中，同时光纤光栅传感器还可以应用于化学医药、材料工业、水利电力、船舶、煤矿等各个领域，以及在土木工程领域中（如建筑物、桥梁、水坝、管线、隧道、容器、高速公路、机场跑道等）的混凝土组件和结构中测定结构的完整性和内部应变状态，从而建立灵巧结构，并进一步实现智能建筑。

   当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变或者其他物理量发生变化时，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，还可实现对应力和温度的分别测量和同时测量。通过在光栅上涂敷特定的功能材料（如压电材料），对电场等物理量的间接测量也能实现。

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。此时，采用啁啾光纤光栅传感器就是一个不错的选择。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D1B的变化外，光谱的展宽也会发生变化。

   这种传感器在应变和温度均存在的场合非常有用。由于应变的影响，啁啾光纤光栅反射信号会拓宽，峰值波长也会发生位移，而温度的变化则由于折射率的温度依赖性（dn/dT），仅会影响重心的位置。在地震监测等地球动力学领域中，地表骤变等现象的原理及其危险性的估定和预测是非常复杂的，而火山区的应力和温度变化是目前为止能够揭示火山活动性及其关键活动范围演变的有效手段。光纤光栅传感器在这一领域中的应用主要是在岩石变形、垂直震波的检测以及作为地形检波器和光学地震仪使用等方面。活动区的应变通常包含静态和动态梁中国，静态应变(包括火山产生的静态变形等）一般都定位于与地址变形源很近的距离，而以震源的震波为代表的动态应变则能够在与震源较远的地球周边环境中检测到。

   为了得到相当准确的震源或火山源的位置，更好的描述源区的几何形状和演变情况，需要使用密集排列的应力-应变测量仪。光纤光栅传感器是能实现远距离和密集排列复用传感的宽带、高网络化传感器，符合地震检测等的要求，因此它在地球动力学领域中无疑具有较大的潜在用途。有报道指出，光纤光栅传感器已成功检测了频率为0.1Hz~2Hz，大小为10-9e的岩石和地表动态应变。

在航天器及船舶中的应用

   先进的复合材料抗疲劳、抗腐蚀性能较好，而且可以减轻船体或航天器的重量，对于快速航运或飞行具有重要意义，因此复合材料越来越多地被用于制造航空航海工具（如飞机的机翼）。

   为了全面衡量船体的状况，需要了解其不同部位的变形力矩，剪切压力、甲板所受的抨击力，普通船体大约需要100个传感器，因此波长复用能力*的光纤光栅传感器适合于船体检测。光纤光栅传感器系统可测量船体的弯曲应力，而且可测量海浪对湿甲板的抨击力。具有干涉探测性能的16路光纤光栅复用系统成功实现了带宽为5kHz范围内、分辨率小于10ne/(Hz)1/2的动态应变测量。

   另外，为了监测一家飞行器的应变、温度、振动，起落驾驶状态、超声波场和加速度情况，通常需要100多个传感器，故传感器的重量要尽量轻，尺寸尽量小，因此灵巧的光纤光栅传感器是好的选择。另外，实际上飞机的复合材料中存在两个方向的应变，嵌入材料中的光纤光栅传感器是实现多点多轴向应变和温度测量的理想智能元件。

   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，或在梁的便面开一个小凹槽，使光栅的裸纤芯部分嵌进凹槽中（便于保护）。如果需要更加完善的保护，则好是在建造桥时把光栅埋进复合筋。同时，为了修正温度效应引起的应变，可使用应力和温度分开的传感器，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的反射镜，利用低相干性使干涉的相位噪音小化，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，同时实现了对三个量的测量：温度、静态应变、顺时动态应变。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，在5me的测量范围内，实现了小于1me的静态应变测量精度、0.1℃的温度灵敏度和小于1ne/（Hz）1/2的动态应变灵敏度。光纤光栅传感器因不受电磁场干扰和可实现长距离低损耗传输，从而成为电力工业应用的理想选择。电线的载重量、变压器绕线的温度、大电流等都可利用光纤光栅传感器测量。

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