利用硅光纖的紫外光敏性寫(xiě)入光纖芯內，從而在光纖上形成周期性的光柵，故稱(chēng)為光纖光柵。光纖光柵傳感器屬于光纖傳感器的一種，基于光纖光柵的傳感過(guò)程是通過(guò)外界物理參量對光纖布拉格波長(cháng)的調制來(lái)獲取傳感信息，是一種波長(cháng)調制型光纖傳感器。

（圖源網(wǎng)絡(luò )，侵刪）

當今光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò )是集信號傳感和傳輸雙重作用于一體的網(wǎng)絡(luò )結構形式，多個(gè)傳感器需要按照一定的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構組合在一起，并通過(guò)同一個(gè)光電終端來(lái)控制和協(xié)調工作，從而實(shí)現多個(gè)傳感信號的探測、識別和解調的功能。在此以光纖布拉格光柵傳感器及其網(wǎng)絡(luò )技術(shù)為典例作說(shuō)明。

應用光纖布拉格光柵傳感器對與溫度和應變相關(guān)的物理量進(jìn)行測量是目前監控領(lǐng)域中先進(jìn)的傳感技術(shù)之一。

目前，在結構變形和溫度監測中，普遍采用周期

光纖布拉格光柵傳感器的結構是利用紫外激光在光纖纖芯上刻寫(xiě)一段光柵，當光源發(fā)出的連續寬帶光Li通過(guò)傳輸光纖射入時(shí)，在光柵處有選擇的反射回一個(gè)窄帶光Lr，其余寬帶光Lt繼續透射過(guò)去，在下一個(gè)具有不同中心波長(cháng)的光柵處進(jìn)行反射，多個(gè)光柵陣列形成光纖布拉格光柵(FBG)傳感網(wǎng)絡(luò )。各FBG反射光的中心波長(cháng)為，=2n，式中，n為纖芯的有效折射率;為纖芯折射率的調制周期。

作用在FBG傳感器結構上有入射光譜與反射光譜及透射光譜等3種光譜。而反射回來(lái)的窄帶光的中心波長(cháng)隨著(zhù)作用于光纖光柵的溫度和應變成線(xiàn)性變化，中心波長(cháng)的變化量為。

對于光纖光柵反射中心波長(cháng)(短周期光纖光柵)或透射中心波長(cháng)(對長(cháng)周期光纖光柵)與介質(zhì)折射率有關(guān)，在溫度、應變、壓強、磁場(chǎng)等一些參數變化時(shí)，中心波長(cháng)也會(huì )隨之變化。通過(guò)光譜分析儀檢測反射或透射中心波長(cháng)的變化，就可以間接檢測外界環(huán)境參數的變化，即其變化量與應變量及溫度變化相關(guān)。

基于FBG傳感網(wǎng)絡(luò )的分析儀可根據=2n，可以在反射光中尋址到每一個(gè)光柵傳感器。根據變化量并利用參考光信息可以解調出被測量的溫度和應變值。將FBG附著(zhù)于材料性能和幾何尺寸確定的機械結構上還可以制造基于應變的力傳感器、位移傳感器和振動(dòng)傳感器等。

采用FBG作為溫度和應變測量的敏感元件最顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢就是實(shí)現全光測量，監測現場(chǎng)可以沒(méi)有電氣設備，不受電磁干擾。另一個(gè)最主要的優(yōu)勢是被測量用波長(cháng)這種絕對量編碼，不易受外部因素干擾，因而穩定性和可靠性極好。FBG傳感器可以經(jīng)受幾十萬(wàn)次循環(huán)應變而不劣化，測量應變可以精確到 。同時(shí)由于單路光纖上可以制作上百個(gè)光柵傳感器，特別適合組建大范圍測試網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現分布式測試。

則光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò )是集信號傳感和傳輸雙重作用于一體的網(wǎng)絡(luò )結構形式，多個(gè)傳感器需要按照一定的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構組合在一起，并通過(guò)同一個(gè)光電終端來(lái)控制和協(xié)調工作，從而實(shí)現多個(gè)傳感信號的探測、識別和解調的功能。

基于FBG傳感網(wǎng)絡(luò )的分析儀的基本架構

通常用于信號解調的光源、可調諧腔、探測器和信號處理與控制模塊以及其它的相關(guān)光路元件通常集成在一個(gè)設備里，稱(chēng)做光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò )分析儀。而FBG傳感器將被測量的物理量轉換為波長(cháng)信號，其FBG傳感網(wǎng)絡(luò )分析儀將波長(cháng)轉變?yōu)楸粶y量的物理量。光源為寬譜光源(ASE)且有足夠大的功率，以保證光柵反射信號良好的信噪比。一般選用側面發(fā)光二極管ELED的原因是其耦合進(jìn)單模光纖的光功率至少為50-100W。此光源經(jīng)光轉換開(kāi)關(guān)接通標準波長(cháng)信號和FBG傳感器。FBG傳感器反射回的光經(jīng)過(guò)3dB耦合器引入到可調諧腔中，濾波后再由光探測器轉換為電信號，接入A/D轉換器，信號被模數轉換后由信號處理進(jìn)行分析處理得到溫度或應力被測量等物理量。

其中可調諧腔作用是能直接將波長(cháng)信號轉換為電信號，它是FBG波長(cháng)解調的關(guān)鍵部件，可調諧腔體積小、價(jià)格低、靈敏度高、光能利用率高，是一種很有工程實(shí)用價(jià)值的方法。壓電換能器在外加電動(dòng)勢的作用下可產(chǎn)生形變，給壓電換能器施加一個(gè)掃描電壓使其產(chǎn)生伸縮，驅動(dòng)可調諧腔長(cháng)變化，從而使可調諧腔的透射波長(cháng)隨之發(fā)生改變。若入射光波長(cháng)與可調諧腔的透射波長(cháng)重合，則探測器能探測到最大光強。

從寬譜光源出射的光經(jīng)由光轉換開(kāi)關(guān)與光耦合器后分別到達相應通道的光纖光柵傳感器陣列。由于光纖光柵是以波長(cháng)編碼的方式實(shí)現傳感測量，因此在傳感網(wǎng)絡(luò )中可以采用光開(kāi)關(guān)切換各個(gè)通道，互相并無(wú)串擾。各個(gè)通道可以采用相同波長(cháng)的光纖光柵傳感器陣列，從而有效的利用了頻帶資源。各傳感器反射回來(lái)的波長(cháng)信號經(jīng)過(guò)耦合器和可調諧腔后被光電探測器接收。當傳感器陣列中某個(gè)傳感器所處的環(huán)境(如溫度場(chǎng)、應變場(chǎng)等)發(fā)生改變時(shí)，該傳感器的中心波長(cháng)就會(huì )發(fā)生漂移(一般為線(xiàn)性變化);這種波長(cháng)的微小漂移被探測、采樣又將模擬量送到A/D轉換并進(jìn)入信號處理模塊進(jìn)行計算分析，從而得到傳感器的相關(guān)溫度或應力等參量的測量結果。