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      首先我解释一下光纤光栅传感器的原理。光纤光栅这个名字有很强的迷惑性,在光纤中写入光栅的原理是,将激光的干涉条纹垂直照射到一段光纤上,以干涉条纹为周期改变光纤材料的性质,这个叫做激光改性,使得光纤中沿轴向产生周期性折射率变化,相应的就有了周期性的反射面。参照增反膜的效果,如果这一周期等于某一波长的二分之一,那么该波长的光反射后将增强,而其他波长的返回光将抵消,最终的结果是该波长的光全部返回,其他波长的光继续前进。


      用宽频激光或者白光照进光纤,根据布拉格公式,光纤光栅返回哪一波长的光和栅距有关,当温度变化时,光纤也会有热胀冷缩效应,栅距哪怕产生很微小的变化,都会影响到它返回的光波长。


      光波返回之后,要怎么分辨它呢?不是用笨重昂贵的光谱仪,有一个非常巧妙的工具叫做法布里珀罗干涉腔(这个腔的原理不再解释,全世界只有两家企业能生产,国内唯一一家生产这种腔的企业是武汉理工光科股份,董事长是姜德生院士),这个腔允许特定波长的光通过并产生干涉圆环,而且不同波长的光产生的干涉圆环半径不同,分辨率可以达到纳米以下好几个小数点,这样用一个条状CCD就能检测出是哪一波长的光返回了,对应地也就知道了传感器所在位置的温度。分布式光纤光栅温度传感器可以一次测量几万个点的温度。


      说完了原理,估计你都被人类的智慧震撼了。


      光纤传感的优点是,传输距离可以长达数百公里、响应速度快、不受环境影响、抗干扰能力强(不受电磁影响)。电的弱点在于,传输距离受到电路衰减的限制,传输距离有限,响应速度较慢、容易受环境影响(如气压、空气湿度、水),容易受电磁场影响,需要电能才能工作。


      特别地,由于光纤光栅温度传感不用电,不会发热也不会产生电火花(写到这里我想到了去年黄岛发生的爆炸),光纤光栅温度传感可以用在石油、化工、煤炭等领域(安保及泄露检测),传统的电传感却不可以。


            作者:埃比利乌

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