【正文】 程其實(shí)就是信號(hào)檢測(cè)的過(guò)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 ： B?? = ???K （ 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 B? =1550nm 波段 nmsT ??? /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 22 ?????? ???????? ??? ?? ??? n nL （ 217） 對(duì)于普通的光纖，其有效折射率 ，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(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 TKT??? ?? (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) B? 的漂移，漂移量為 B?? ，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 B?? 和 ? T成線性關(guān)系，因此通過(guò)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) B? 看做溫度 T 和應(yīng)變 ? 的函數(shù)，則對(duì)和展開(kāi) 長(zhǎng)泰勒級(jí)數(shù)為： ),(),( 00 ??? TT BB ?? + TTnTn efef ??????? ????? ??2 + ???????? ??????? Tznzn efef2Tznzn efef ??????? ????? ?? 222 ……………… (212) 當(dāng) ? T 和 ?? 不是很大時(shí)，略去 ? ?2T? 和 ? ?2?? 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， 畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 9 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： B?? ),( ?T = Tneff???? ）（ ?2 + )1(2 eP? ） ???effn = TK T? + ???K （ 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(guò)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 n? ，以及光纖光柵中心波長(zhǎng) B? 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。總之，光纖 Bragg 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(lái)，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(wú)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(guò)程是通過(guò)外界參量對(duì)光柵中心波長(zhǎng)的調(diào)制來(lái)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。 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(lái)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(kāi)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(lái)了無(wú)限生機(jī)和希望。 近年來(lái)，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阜较颉⒖臻g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(wú)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， K. 等人提出的相位掩膜制法使光纖光柵的制造技術(shù)得到重大發(fā)展。光纖光柵作為優(yōu)良的傳感及通信器件始源于 1987 年，當(dāng)時(shí)加拿大渥太華通信研究中心的 等人首次在摻鍺石英光纖中發(fā)現(xiàn)光纖的光敏效應(yīng)，并采用駐波寫(xiě)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。 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(lái)，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)了相應(yīng)的硬件電路 ,設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)的相關(guān)軟件程序 ,對(duì)光纖光柵的波長(zhǎng)進(jìn)行解調(diào) ,并且轉(zhuǎn)換成溫度顯示在液晶上面 ,或者通過(guò) RS232 串口或以太網(wǎng) 接口和計(jì)算機(jī)相連 ,將測(cè)量的結(jié)果由計(jì)算機(jī)顯示出來(lái)。畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 目 錄 摘 要 ................................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................................. II 第 1 章 緒論 .................................................................................................................. 1 引言 .......................................................................................................................1 光纖光柵的誕生極其分類 ........................................................................................1 光纖光柵傳感技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用 .............................................................................3 光纖布拉格光柵傳感技術(shù)的特點(diǎn) ....................................................................3 光纖傳感技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用 .......................................................................5 第 2 章 光纖光柵傳感理論 ............................................................................................ 6 光纖光柵的基本原理 ...............................................................................................6 光纖光柵的基本光學(xué)性能 ..............................................................................6 光纖光