【正文】 率 =，在硅介質(zhì)中，有效彈光系數(shù)|。當(dāng)溫度或應(yīng)變其中一個參量恒定時，波長的移動由應(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)只受溫度影響時有： = (214) 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計 /論文 8 由上式可以知道，溫度 T 的改變 引起的布拉格反射波長 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 成線性關(guān)系，因此通過對光纖 Bragg 光柵中心反射波長的移動的檢測就可以確定被測量的值。將耦合波長 看做溫度 T 和應(yīng)變 的函數(shù)，則對和展開長泰勒級數(shù)為： （ T ， ） = （ ， ）+2[ + ] T+2[ + ] T+2[ + ]( )+……………… (212) 當(dāng) T 和 不是很大時，略去 （ 和（ 以上的高次項以及（ 212）式中的第四項，此項是溫度和應(yīng)變的關(guān)系型，定義 = * ， * 和 = *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： （ T， ） =2（ ） +2（ 1 ） = + （ 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， 纖芯有效折射率和光柵的周期都會發(fā)生變化。所以，我們可以通過測量反射波長的偏移量就可以間接的測量引起波長偏移的物理量，如利用光纖光柵可以測得光纖光柵所處環(huán)境的溫度的變化，應(yīng)力的變化等。從式中我們可以看到，光柵的長度 L 的改變、折射率變化 ，以及光纖光柵中心波長 都能引起反射率和 線寬的變化，這對光纖光柵的調(diào)制提供了重要的依據(jù)。利用耦合模理論對周期性光柵進(jìn)行分析，可得到光纖光柵的反射率 R 和透 射率 T 的表達(dá)式如下： R= 當(dāng) (21) R= 當(dāng) (22) T= (23) 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計 /論文 6 在上式中， L 是光柵的長度， K 為耦合系數(shù)， 為模傳播常數(shù)， ， 為光柵周期， 為等效折射率， 為自由空間工作波長， P為一個整數(shù)。 對于光纖光柵來說，其基本光學(xué)參數(shù)對于我們研究光纖傳感來說是非常重要的。 圖 21 光纖布拉格光柵的基本結(jié)構(gòu)及折射率分布 圖 21 是光纖布拉格光柵的基本結(jié)構(gòu)原理及折射率分布，它是一種性能優(yōu)異的窄帶反射 濾波無源器件。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計 /論文 5 第 2 章 光纖光柵傳感理論 光纖光柵的基本原理 光纖光柵的基本光學(xué)性能 光纖光柵是利用光纖材料的 光敏性（外界入射光子和纖芯內(nèi)鍺離子相互作用引起折射 率的永久性的變化），即當(dāng)激光通過增敏過的光纖時，光纖纖芯的折射率將隨激光光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)的變化，其變化的大小與光強(qiáng)成線性關(guān)系，并且能夠永久的保存下來。此外，光纖 Bragg 光柵還應(yīng)用在加速器、水聲器、形變檢測、腐蝕探測器、身份和物品的識別系統(tǒng)等。 光纖傳感技術(shù)在實際中的應(yīng)用 1989 年， Morey 首次報道將光纖 Bragg 光柵用作傳感上面，由于光纖 Bragg光柵傳感器自身具備的優(yōu)點(diǎn)，因此光纖 Bragg 光柵傳感器受到了全世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，并且已經(jīng)取得了持續(xù)和快速的發(fā)展。 因此，基于以上的優(yōu)點(diǎn)，自 1989 年首次報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。 7. 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。 5. 光纖光柵很容易的埋入或嵌入到被測材料中并對其內(nèi)部的應(yīng)變和溫度進(jìn)行高分辨率和大范圍地測量，光纖光柵傳感器被認(rèn)為是實現(xiàn)光纖靈巧結(jié)構(gòu)地理想器件。 3. 因為光纖光柵對應(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) 變和溫度同時測量的雙參量傳感器。此外，因為自身的特點(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)： 1. 光纖光柵傳感器是一種波長調(diào)制型光纖傳感器，它的傳感過程是通過外界參量對光柵中心波長的調(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)起伏對測量精度引起的干擾。 根據(jù)光纖光柵的特性，可以利用光纖光纖制成用于檢測應(yīng)力 /應(yīng)變、溫度河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計 /論文 4 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。光纖傳感技術(shù)是利用光纖光柵對光柵對某些物理量的敏感特性，將外界物 理量轉(zhuǎn)換成可以 測量的信號的技術(shù)，即由于光波在光纖中傳播時表征光波的特征參量（振幅、相位、波長等）因外界因素（如溫度、壓力、應(yīng)變、磁場等）的作用而直接或間接發(fā)生變化，從而可將光纖用作傳感元件來探測各種物理量，其示意圖見圖 12. 光纖光柵傳感器是利用光波波長的變化來探測外界物理量的。因此，人們發(fā)現(xiàn)如果能夠測出光波參數(shù)的變化，就可以得到導(dǎo)致光波參數(shù)變化的各種物理量的大小，于是產(chǎn)生了光纖傳感技術(shù)。在光通信系統(tǒng)中，光纖被用作遠(yuǎn)距離傳輸光波信號的媒質(zhì) 。 光纖光柵傳感技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用 光纖布拉格光柵傳感技術(shù)的特點(diǎn) 光纖傳感技術(shù)是伴隨著光導(dǎo)纖維和光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。目前制作光纖光柵使用最為廣泛的方法是相位掩膜法，這種方法大大降低了制作光纖光柵的復(fù)雜性，而且不需要高相干性的紫外光源。該類光纖光柵在通信和傳感領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。光纖布拉格光柵（ FBG）是最早發(fā)展出來的光纖光柵，也是應(yīng)用最廣泛的光纖光柵。周期性結(jié) 構(gòu)器件制造簡單，其特性受到限制；非周期機(jī)構(gòu)制造困難，其特性容易滿足各種要求。該項技術(shù)促進(jìn)了全光纖通信技術(shù)的發(fā)展，而且在光纖傳感領(lǐng)域另辟了新的重要分支 光纖光柵傳感。使得光纖光柵靈活的制造大批量的生產(chǎn)成為可能，光纖光柵器件逐步走向?qū)嵱没?。十余年后，?1989 年美國聯(lián)合技術(shù)研究中心的 等人以準(zhǔn)分子激光泵浦的可調(diào)諧倍頻染料激光器輸出的244nm 波長的紫外光干涉條紋側(cè)面照射纖芯摻鍺的光纖，將任意工作波長的位相光柵寫進(jìn)了纖芯形成光纖芯內(nèi)部布拉格光柵，使光纖光柵的制作技術(shù)實現(xiàn)了突破性的進(jìn)展。 光纖光柵是近年來發(fā)展最為迅速、應(yīng) 用最為廣泛的光纖無源器件之一。此外，利用光纖光柵還可以制成光纖傳感器和各種傳感網(wǎng)，用于檢測應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等諸多參量。 光纖光柵是利用光纖材料的光敏性（外界入射光子和纖芯內(nèi)鍺離子相互作用引起折射率的永久性的變化），通過紫外光曝光的方法將入射光相干場圖樣寫入纖芯，使得在纖芯內(nèi)產(chǎn)生沿纖芯軸向的折射率呈周期性變化，從而形成永久性空間的相位光柵，其作用實質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的濾波器或反射鏡，利用這一特性可制造出許多性能獨(dú)特的光纖器件，例如光纖反饋腔就是利用光纖光柵的窄帶高反射率特征制造出來的，光纖激光器是利用摻餌光纖等為增益介質(zhì)；外腔反射器 利用光纖光柵作為 激光二極管，光纖光柵還可以構(gòu)成可調(diào)諧激光二極管；利用光纖光柵可構(gòu)成 Michelson 干涉儀型MachZehnder 干涉儀和 FebryPeort 干涉儀型的光纖濾波器。只要大約 1%就可以了。光纖是一種纖芯折射率高的同軸圓柱形電介質(zhì)波導(dǎo)，折射率的差異引起全內(nèi)反射，以致使得光纖在纖芯內(nèi)傳播。 光纖光柵的誕生極其分類 光纖的基本結(jié)構(gòu)十分簡單，如圖 11 所示。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，決定了光纖 光柵可在某些特殊條件下的測量工作，比起常規(guī)檢測技術(shù)來具有更多的優(yōu)勢，是傳感技術(shù)發(fā)展的一個主導(dǎo)方向。并能多點(diǎn)分布式測量等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于橋梁、礦井、隧道、大壩、建筑物、艦船系統(tǒng)、海洋、航空、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，電力系統(tǒng)等，并取得了許多成果。 temperature 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計 /論文 1 第 1 章 緒論 引言 光纖布拉格光柵（ Fiber Bragg grating），簡稱光纖光柵（ FBG）具有波長調(diào)制、分辨率高、抗電磁干擾、重復(fù)性好以及可進(jìn)行批量生產(chǎn)等特性點(diǎn)，光纖光柵技術(shù)正成為當(dāng)前傳感器領(lǐng)域研究的一大熱點(diǎn)。 wavelength encoding。 關(guān)鍵字：布拉格光柵；波長編碼；、 FP 濾波器； DSP；測溫 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 /論文 II Abstract Since fiber Bragg grating came out in 1978,it has been widely applied because of its good filtering character and sensitive to temperature and strain response in the field of fiber munication ,sensor ,measure ,etc. Fiber Bragg grating sensors have the character which the mon fiber sensors have. Furthermore their prominent character is that the measuring signal is wavelength encoding , they achieve avriety of sensing by using quasidistributed multipoint measurement conveniently. How to demodulate the wavelength encoding signal is one of the key technologies for the application of fiber grating sensors. Firstly, the naissance and development of fiber grating, the principle and application of fiber grating sensors, the actuality of wavelength demodulation At home and abroad were introduced in the paper. It analyzed the fiber grating temperature and strain sensing mechanism and discusses the cross sensitivity of fiber grating temperaturestrain . Then ,it carried on the simple conclusion and analysis about fiber bragg grating sensor wavelength demodulation system which has been researched by domestic and foreign . The method of the fiber grating wavelength demodulation is fiber bragg grating temperature measurement system based on FP filter .Op