光纤光栅传感系统应用方案

一般解决方案示意 图

   光纤光栅监测系统一般由光纤光栅传感器、光纤光栅信号解调仪、光开关或光合波器、光纤跳线、光纤适配器、传输光缆、系统软件等部分组成，其中光纤光栅传感器（传感探头）、光纤光栅信号解调仪、光开关（合波器）与系统软件（包括与用户相关数据库/系统的通讯接口）是核心部分。

光纤光栅温度测试

   式中，为光栅中心波长；为温度灵敏度系数；为波长变化；为温度变化。

   上式即为光纤布拉格光栅温度变化作用下的波长变化数学表达式，它是处理光纤光栅温度传感的基本关系式。可以看出，当光纤光栅的材料一旦确定后，光纤光栅对温度的传感特性系数基本上为一与材料系数相关的常数，这就从理论上保证了光纤光栅作为温度传感器有很好的线性输出。

   令，为光纤光栅温度传感的灵敏度系数，由此可得

   上式即为光纤光栅波长变化与温度变化关系，它可以方便地将波长变化数据处理成温度增量结果。中心波长变化不大时，每摄氏度导致的波长变化约为10pm/℃左右。由于采用的光纤不同、写入光栅的工艺不同以及退火工艺的差别，不同光纤光栅的传感灵敏度会有差异，尤其光纤光栅经过封装后，封装材料会极大地改变光纤光栅的温度传感特性，因此不同的光纤光栅必须经过标定才能用作实际测量。

光纤光栅 应变测试

   当温度恒定时，由可知，，一旦应变灵敏度系数确定，则可以方便地通过波长变化获得应变值。

    当温度变化时，我们必须对应变传感进行温度补偿法。方法如下：

    将一根布拉格光栅布设于被测对象，另一根布设于与被测材料一样、温度场一致且不受力的构件上，即保证两者发生同样的温度效应，

       

令，我们可以得到：

   若忽略光栅中心波长导致的灵敏度系数影响，温度与应变共同产生的波长变化可由下式表示：则，，令，可得

   如果光纤布拉格光栅的传感特性一致，而基体材料也一样，即光栅的温度传感系数一致，和可以取1，从而将给实际操作带来极大的方便。