光纖光柵傳感器的研究與應用

圖2中的FBGl裝在一個玻璃管內，兩端與玻璃管固定，以使其僅受外界溫度的影響；而FBG2不裝在玻璃管內，因而會同時受溫度和應變的影響。由于光纖和玻璃管具有相同的熱膨脹性。因此，FBGl和FBG2的溫度敏感系數相同。
2．4 溫度(應力)補償法
其實，目前研究較多的還是溫度補償法。該方法主要通過某種方法或裝置先將溫度擾動引起的波長漂移剔除掉，從而使應變測量不受溫度的影響。近年來，國內外許多學者提出了關于FBG交叉敏感的問題，主要考慮實現對溫度、應變同時測量的溫度補償方法。它們分為單FBG法和雙FBG法兩大類。
2．5 光強測溫法
光強測溫法是通過光強與待測點溫度的關系來確定溫度值，故可消除溫度對波長移動的影響。該方法需要特殊結構的FBG，而且需要利用特殊材料，同時對解調方案也有相應的要求。

3 光纖光柵的應用
由于光纖光柵傳感器具備許多不可替代的優越性，因此，自G．Meltz等人首次報道將光纖布拉格光柵應用于傳感器以來，已經在生物醫學、橋梁、大壩智能材料、航空航天、民用工程結構等許多領域得到了廣泛的應用。
3．1 生物醫學應用
光纖相干層析成像技術(OCT)主要應用于生物、醫學、化學分析等領域，如視網膜掃描、胃腸內視以及用于實現彩色多普勒(CDOCT)血流成像等。OCT為生物細胞和機體的活性檢測提供了一種有效的方式，因此，世界上有許多國家都開發出相應的產品。德國的科學家近期推出了一臺可用作皮膚癌診斷的OCT設備。此外，利用OCT可以實現深度測量(～1mm)的優勢，并已有實例應用于對生長中的細胞進行觀察和監測。
3．2 智能橋梁建筑材料應用
智能材料是指將敏感元件嵌入被測構件機體和材料中，從而在構件或材料常規工作的同時實現對其安全運轉、以及故障的實時監控。將光纖應用于橋梁測試中，可實現對橋梁鋼索的索力及預應力連續混凝土梁內部應力、應變特性的測量和測控，從而構成智能橋梁。加拿大的Rotest公司基于fabry-Perot白光干涉原理研制的光纖傳感器具有很高的精度和重復性，可安裝在材料或建筑物表面或埋入內部，對應變、位移、裂縫、空隙壓力等進行監測；我國的繆延彪教授建立了一種新的波長干涉儀試驗系統，該系統可實現較大范圍的絕對距離測量。
3．3 航天航空導航系統應用
上世紀90年代，Vali和Shorthill首次提出并實驗驗證了I-FOG原理，同時通過采用消偏結構、3軸I-FOG、EDFA光源等新型光纖器件和技術，可使光纖光柵傳感器具有成本低、體積小、重量輕和性能高等優勢，故在航天及軍事領域獲得了廣泛的應用。例如，漢普頓大學和NASA蘭利研究中心。利用光纖光柵溫度／剪切應力傳感器，來分辨溫度和剪切應力引起的布拉格波長偏移，從而廣泛應用于空氣動力學設備。
3．4 工礦企業系統
基于光纖的彈光效應，FBG器件的應力傳感器已被廣泛應用于應力監測中。在許多特殊場合，如核工業、化工、石油鉆探等都應用了監測傳感系統。據報道，2001年，美國CiDRA公司采用光纖布拉格光柵傳感器在加利福尼亞的Baker油田進行了壓力測試，測程為0～103 MPa，準確度為±41．3 kPa，分辨率為2．06 kPa，可見其具有非常高的精度。法國Alstom公司鐵路部的Transport S．A．領導研制了一種安裝有FBG的智能型新型復合材料的轉向架。

4 結束語
近年來，隨著光纖技術的日趨成熟，光纖光柵的傳感技術得到了充分的發展和應用。由于其擁有獨特的自身優勢，勢必會受到越來越多行業的重視，也必將在傳感領域中呈現出非常重要的地位。但是，許多光纖傳感中的關鍵技術仍處于實驗階段，距商業實用化階段還有一定的距離，因此，還需集中力量為光纖光柵研究成果的產業化繼續努力，更重要的是要促進民族光電子產業的發展。