【正文】 的檢測(cè)。高分辨率的光纖光譜分析儀可以滿足高精度測(cè)量的需求，但是其價(jià)格昂貴，體積龐大，由此構(gòu)成的系統(tǒng)成本高并且缺乏必要的緊湊性和牢固度，除此之外這種方法不適合在現(xiàn)在使用，在實(shí)際應(yīng)用的傳感器系統(tǒng)中是很不方便的，采用這種光譜儀檢測(cè)光纖光柵的波長(zhǎng)移位也是非常不現(xiàn)實(shí)的，更重要的是，光纖光譜儀直接測(cè)出的是光波的波長(zhǎng)的變化，它并不能直接輸出對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)變化的電信號(hào)，這對(duì)于測(cè)量結(jié)果的記錄、存儲(chǔ)和顯示以及提供回路必要的電信號(hào)以達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的目的是極為不利的。 光纖光纖傳感系統(tǒng)解調(diào)方法介紹 光譜儀檢測(cè)法光譜儀檢測(cè)法是一種最直接的波長(zhǎng)位移檢測(cè)方法，這種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于實(shí)驗(yàn)室使用。因此，光纖光柵傳感系統(tǒng)中應(yīng)有某些檢測(cè)裝置使得可以精密的檢測(cè)波長(zhǎng)或者波長(zhǎng)的偏移量。為了促使光纖光柵傳感器的發(fā)展，使其滿足實(shí)用化的要求，人們對(duì)光纖光柵的波長(zhǎng)編碼信號(hào)進(jìn)行解調(diào)是實(shí)現(xiàn)光纖光柵傳感實(shí)用得到關(guān)鍵。在實(shí)際應(yīng)用中，我們測(cè)得的被測(cè)量的精度越高越好，所以如何高測(cè)量光纖光柵的反射波長(zhǎng)移動(dòng)量的精度就成了我們研究光纖光柵傳感器的關(guān)鍵問題。第3章 光纖光柵解調(diào)方法 光纖光柵的解調(diào)概念在光纖光柵傳感技術(shù)中，解調(diào)過程與傳感過程正好相反，解調(diào)的過程其實(shí)就是信號(hào)檢測(cè)的過程，光纖光柵解調(diào)技術(shù)是研究從己被調(diào)制的光信號(hào)中還原出原解調(diào)信號(hào)的技術(shù)，還原出的信號(hào)與被測(cè)信號(hào)成一定的比例，當(dāng)被測(cè)量變化時(shí)，由光纖光柵反射的光波波長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的移動(dòng)，并且根據(jù)第二章的推導(dǎo)可知反射波長(zhǎng)的移動(dòng)量與被測(cè)量的變化量呈線性關(guān)系。 溫度靈敏度與應(yīng)變靈敏度相同，式（213）得出，當(dāng)應(yīng)變不變時(shí)，光纖在溫度變化的作用下的布拉格波長(zhǎng)的變化程度為： = （219）對(duì)于多種光纖，當(dāng)溫度在20~150攝氏度之間變化時(shí), /度于是，對(duì)于=1550nm波段/度。 光纖光柵的傳感靈敏度 應(yīng)變靈敏度 當(dāng)溫度不變時(shí)，式(213)得出，沿軸向應(yīng)變和波長(zhǎng)的關(guān)系由下式給出 （217） 對(duì)于普通的光纖，在硅介質(zhì)中。當(dāng)溫度或應(yīng)變其中一個(gè)參量恒定時(shí)，波長(zhǎng)的移動(dòng)由應(yīng)變或溫度的改變引起。從（215）式中可以看到，其形式和（214）式相同，波長(zhǎng)的漂移量和應(yīng)力的變化量也成線性的關(guān)系，所以由波長(zhǎng)的變化量也可以方便的求出光柵在外界應(yīng)力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變的值。當(dāng)只受溫度影響時(shí)有 (214)由上式可以知道，溫度T的改變T 引起的布拉格反射波長(zhǎng)的漂移，漂移量為，這主要是由溫度變化引起的有效折射率的改變引起的，并且和T成線性關(guān)系，因此通過對(duì)光纖Bragg光柵中心反射波長(zhǎng)的移動(dòng)的檢測(cè)就可以確定被測(cè)量的值。將耦合波長(zhǎng)看做溫度T和應(yīng)變的函數(shù)，則對(duì)和展開長(zhǎng)泰勒級(jí)數(shù)為： ++……………… (212)當(dāng)T和不是很大時(shí)，略去和以上的高次項(xiàng)以及（212）式中的第四項(xiàng)，此項(xiàng)是溫度和應(yīng)變的關(guān)系型，分別為纖芯的熱膨脹系數(shù)，熱光系數(shù)和有效彈光系數(shù)，則（211）式可近似為：=+）=+ （213）在式（213）中，為光纖Bragg光柵的溫度響應(yīng)系數(shù)，為光纖Bragg光柵的應(yīng)變響應(yīng)系數(shù)。當(dāng)光柵受到軸向應(yīng)力的作用或者溫度的變化影響時(shí)，纖芯有效折射率和光柵的周期都會(huì)發(fā)生變化。所以，我們可以通過測(cè)量反射波長(zhǎng)的偏移量就可以間接的測(cè)量引起波長(zhǎng)偏移的物理量，如利用光纖光柵可以測(cè)得光纖光柵所處環(huán)境的溫度的變化，應(yīng)力的變化等。從式中我們可以看到，光柵的長(zhǎng)度L的改變、折射率變化，以及光纖光柵中心波長(zhǎng)都能引起反射率和線寬的變化，這對(duì)光纖光柵的調(diào)制提供了重要的依據(jù)。光纖光柵的基本光學(xué)參數(shù)有：反射率、透射率、光柵方程、反射帶寬等。如圖21和22所示。根據(jù)制作方法的不同，不同的曝光條件，不同類型的光纖可以產(chǎn)生多種不同折射率分布的光纖光柵?？傊饫wBragg光柵傳感器的應(yīng)用是一個(gè)方興未艾的領(lǐng)域，有著非常廣闊的發(fā)展前景。 光纖傳感技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用光纖Bragg光柵傳感器已經(jīng)應(yīng)用在民用工程結(jié)構(gòu)、航空航天業(yè)、船舶航運(yùn)業(yè)、石油化工業(yè)、電力工業(yè)、核工業(yè)、醫(yī)學(xué)等方面。因此，基于以上的優(yōu)點(diǎn)，自1989年首次報(bào)道將光纖光柵用作傳感器以來，光纖光柵傳感受到了世界范圍的廣泛重視，并且已經(jīng)取得了持續(xù)和快速地發(fā)展。利用復(fù)合結(jié)構(gòu)光纖光柵的特殊光譜特性，可以制備多參數(shù)智能傳感元件等。光纖光柵很容易的埋入或嵌入到被測(cè)材料中并對(duì)其內(nèi)部的應(yīng)變和溫度進(jìn)行高分辨率和大范圍地測(cè)量，光纖光柵傳感器被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)光纖靈巧結(jié)構(gòu)地理想器件。因?yàn)楣饫w光柵對(duì)應(yīng)力/應(yīng)變和溫度的雙重敏感性，利用光纖光柵可以制作應(yīng)力/應(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)量的雙參量傳感器。此外，因?yàn)樽陨淼奶攸c(diǎn)，光纖光柵傳感器也具有普通光纖傳感器無法具備的優(yōu)點(diǎn)：光纖光柵傳感器是一種波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器，它的傳感過程是通過外界參量對(duì)光柵中心波長(zhǎng)的調(diào)制來獲取傳感信息，這樣可以避免光纖光柵傳感器中各種光強(qiáng)起伏對(duì)測(cè)量精度引起的干擾。根據(jù)光纖光柵的特性，可以利用光纖光纖制成用于檢測(cè)應(yīng)力/應(yīng)變、溫度等諸多參量的光纖光柵傳感器和各種光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)。干涉型光纖傳感的信息讀取是觀察干涉條紋的變化，這就要求干涉條紋清晰，而要使干涉條紋清晰就必須要求兩路干涉光的光強(qiáng)相等，從而使光纖光路的靈活性和連接的方便性等優(yōu)點(diǎn)大打折扣。傳統(tǒng)的光纖傳感器絕大部分都是光強(qiáng)型和干涉型的。 入射光波入射光波的特征參量外界因素出射光波圖12 光纖傳感原理圖光纖光柵傳感器是利用光波波長(zhǎng)的變化來探測(cè)外界物理量的。光纖光柵傳感器的關(guān)鍵技術(shù)主要包括對(duì)光柵中心反射波長(zhǎng)移動(dòng)的探測(cè)與解調(diào)、對(duì)溫度和應(yīng)力/應(yīng)變的交叉敏感測(cè)試以及多個(gè)光纖光柵傳感器的復(fù)用等。由于光纖傳感技術(shù)中的傳感與傳輸信號(hào)都是光信號(hào)，而并不是傳統(tǒng)的電信號(hào)，因而光纖傳感技術(shù)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、適合高電壓場(chǎng)所、能遠(yuǎn)離傳輸信號(hào)、電絕緣性好、靈敏度高、耐腐蝕、安全可靠、可構(gòu)成光纖傳感網(wǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，它在航天、航海、電力傳輸、石油開采、核工業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)研究等眾多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。隨著光纖光柵制造技術(shù)的不斷成熟和完善，其應(yīng)用的成果日益增多，從光纖通信、光纖傳感到光計(jì)算和光信息處理的整個(gè)領(lǐng)域都將由于光纖光柵的實(shí)用化而發(fā)生革命性的變化，光纖光柵技術(shù)是光纖技術(shù)中繼摻鉺光纖技術(shù)應(yīng)用中的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，并使全光纖器件的研制和集成成為可能，從而為人們夢(mèng)寐以求進(jìn)入全光信息時(shí)代帶來了無限生機(jī)和希望。近年來，光纖光柵的制作方法得到了人們的廣泛研究并發(fā)展了多種制作方法，目前制作光纖光柵的方法主要有全息成柵法、相位掩膜法和干涉法。光纖布拉格光柵的折射率呈固定的周期性調(diào)制分布，即調(diào)制深度與光柵周期均為常數(shù)，光柵波矢方向與光纖軸線方向一致。從功能上可分為濾波性光柵和色散補(bǔ)償?shù)牟ㄊ阜较?、空間周期分布及周期大小，光纖光柵可分為四種基本類型，即光纖布拉格光柵、閃耀光纖光柵、啁啾光纖光柵、長(zhǎng)周期光纖光柵。光纖光柵分為很多種類，按結(jié)構(gòu)的空間周期分布是否均勻可分為周期性光柵和非周期性光柵兩類，均勻周期光纖光柵分為光纖布拉格光柵、相移光纖光柵、莫爾光纖光柵、切指光纖光柵和超結(jié)構(gòu)光纖光柵。光纖光柵是近幾年發(fā)展最快的光纖無源器件之一，它的出現(xiàn)將可能在光纖技術(shù)以及眾多相關(guān)領(lǐng)域中引起的一場(chǎng)新的技術(shù)革命。1993年。光纖光柵作為優(yōu)良的傳感及通信器件始源于1987年，并采用駐波寫入法制成世界上第一根光纖光柵。這些器件具有反射帶寬范圍大、附加損耗小、體積小，易與光纖耦合，可與其它光器件兼容成一體，不受環(huán)境塵埃影響等一系列優(yōu)異性能。利用閃耀光纖光柵可以制成光纖平坦濾波器；利用非均勻光纖光柵可以制成光纖色散補(bǔ)償器等。在光纖包層的外圍，還有一些用于保護(hù)光纖的層面的結(jié)構(gòu)，即圖中的涂覆層。涂敷層包層纖芯2b2a圖11 光纖結(jié)構(gòu)圖纖芯和包層的折射率差并不需要很大，實(shí)際上。光纖是一種玻璃絲，其材料是石英(二氧化硅)，是通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)良傳輸介質(zhì)，因此在通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。光纖傳感技術(shù)代表了新一代傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。20世紀(jì)70年代以來，光纖光柵傳感器取得了飛速的發(fā)展。光纖光柵傳感器具有體積小、損耗低、靈敏度高、抗電磁干擾、點(diǎn)絕緣性好、帶寬大。 FP filter。 系統(tǒng)搭建完成后,進(jìn)行了對(duì)系統(tǒng)性能的測(cè)試,檢驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量溫度的準(zhǔn)確度,其中包含兩個(gè)方面。根據(jù)光纖光柵的中心波長(zhǎng)的計(jì)算方法設(shè)計(jì)了