光纤传感器的原理和分类及其属性

纤维光栅传感器是光纤传感器的一种，光纤传感器主要基于光纤网格的传感过程，通过外部物理参数调制光纤布拉格的波长来获得传感信息，是波长调制型光纤传感器。

由于光纤光栅与光纤之间的自然兼容性，很容易将多个光纤光栅串联在一个光纤上形成光纤光栅阵列，实现准分布式传感。此外，光纤光栅具有普通光纤的许多优点，其传感信号是波长调制的。测量信号不受光源波动、光纤弯曲损耗、光源功率波动和系统损耗的影响。因此，光纤光栅在传感领域的应用引起了世界各国相关学者的广泛关注和极大兴趣。如今，光纤光栅传感器的应用领域正在不断扩大。现在，人们已经逐渐应用于各种物理量的测量，形成各种传感器。

光纤网格传感器的分类。

这些传感器主要包括光纤格栅应变传感器、温度传感器、加速度传感器、位移传感器、压力传感器等。

光纤网格应变传感器及其原理。

这种传感器是工程领域中应用最广泛、技术最成熟的光纤传感器。应变直接影响光纤光栅的波长漂移。当工作环境良好或待测结构要求较小的传感器时，人们将裸光纤光栅作为应变传感器直接粘贴在待测结构的表面或埋设在结构内部。由于光纤光栅脆弱，在恶劣的工作环境中容易损坏，因此需要包装后才能使用。目前常用的包装方式主要有基板式、管式和基于管式的两端夹持式。

温度是国际单位制给出的基本物理量之一，是工农业生产和科学实验中需要定期测量和控制的主要参数，也是与人们日常生活密切相关的重要物理量。目前常用的电气温度传感器主要是热电偶温度传感器和热敏电阻温度传感器。与传统传感器相比，光纤温度传感器具有灵敏度高、体积小、耐腐蚀、抗电磁辐射、光路弯曲、易遥测等诸多优点。基于光纤光栅技术的温度传感器采用波长编码技术，消除了光源功率波动和系统损耗的影响，适合长期监测；而且由多个光纤光栅组成的温度传感系统采用一根光缆，可以实现准分布测量。温度也是直接影响光纤光栅波长变化的因素，人们经常直接将裸光纤光栅作为温度传感器直接应用。与光纤光栅应变传感器一样，光纤光栅应变传感器一样，光栅应变传感器应变温度传感器也需要采用一根光缆，因此可以实现准分布测量。

研究者们对光纤光栅的位移测量进行了研究，目前，这些研究都是通过测量悬臂梁表面的应变，然后通过计算得到悬臂梁的垂直变形，即悬臂梁端部的垂直位移。这种位移传感器不是真正意义上的位移传感器。目前，该传感器已在实际工程中得到应用，在中国也有商业产品。

此前，专家利用光纤光栅的压力效应设计了光纤光栅振动加速度计。转换器由质量板、基板和复合材料组成。质量板和基板是6毫米厚的铝板，基板作为刚性板起支撑作用，中间8毫米厚的复合材料夹在两个铝板之间起弹簧作用。在质量块的惯性力作用下，埋在复合材料中的光纤光栅受到横向力的影响，导致光纤光栅布拉格波长的变化。采用非平衡M-Z干涉仪解决光纤光栅应变与加速度的关系。加速度传感器由两个矩形梁和一个质量块组成，质量块通过点接触焊接在两个平行梁之间，光纤光栅贴在第二个矩形梁的下表面。当传感器受到振动时，质量块带动两个矩形梁振动，传递给光纤光栅。

拉力或压力的监测也是监测的重要组成部分，如桥梁结构拉索的整体拉力、高纬度海洋平台的冰压、道路土壤压力、水压等。哈尔滨工业大学欧进萍等人相继开发了光纤光栅拉索压力环和光纤光栅冰压力传感器。光纤光栅油气井压力传感器的研究也相继开始。

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主要产品有称重、测力、压力、扭矩传感器等。这些产品广泛应用于汽车制造、纺织、电子、油田、化工、交通、建材、航空航天、机械加工、能源、环境保护、医疗、等领域的自动化工程检测和过程控制。

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