淺析光纖光柵傳感器及其應用

高薇冬

重慶工商職業學院 重慶 401520

光導纖維（下文簡稱光纖）是光纖光柵中的構成基礎，這一材料是一種圓柱形的介質光波導，其主要作用就是作為傳輸的工具，傳輸介質信號；另一方面則是作為傳感器，用來檢測外界各種參數的變化。一般的光纖大多是纖芯和包層組合而成，這樣組合就可以形成光的全內反射，光纖自身的性質也主要是根據纖芯和包層的結構所決定。從二十世紀七十年代開始，人類首先制造出第一根較短周期的光纖光柵之后，通過多年的技術發展，這一制造技術已經不斷完善并發展，且這一技術的使用領域也在不斷擴大。尤其是近幾年興起的傳感器，吸引世界范圍內相關學者的關注。與以往的傳感器相比，光纖光柵傳感器有著其獨有的特性，例如直徑較細、質地較軟且自身重量較輕，以及自身的絕緣性和抗干擾性等特點，更多的應用于工業、農業、醫療等領域。

1 光線的主要結構和介質傳輸的基本原理

（1）光線的主要構造。光線主要是借助石英和相類似的光學材料，通過對材料的拉伸和處理等工序，就可以創造出光波導材料。另外，在光纖的外部的涂抹和護套等工序挨到對光纖的保護作用，并且隔離不必要的雜波，其余的部分則是主要用來傳輸光波[1]。

（2）光線在光纖中的傳輸原理。光線在光纖中的傳播原理大多有三種，并且都是通過射線的光學原理來分析的，主要內容如下：①通過子午線傳播。纖芯的軸線創造出來的平面將其稱為子午面，在這一平面上傳播的光線統稱為子午線，并且光纖的內部構成大多是鋸齒狀的，并且呈波紋的形式，但是不均勻的子午線則會形成周期性的曲線。②通過斜光線的傳播。部分光線不會經過子午面，并且不會在同一個平面內傳播光線，就會稱其為斜光線。在充分滿足反射的情況下，斜光線也會相應產生全反射。在均勻的光纖內部，斜光線的傳播軌跡是射線，在其內部非均勻的光纖內部傳播的軌跡則為螺旋線。③對光波的損耗。因為光纖材料在袖手和散射等方面存在的缺陷，以及光纖耦合的不完全性，導致光波在傳輸的過程中會呈現一定的衰減，可以借助光波的損耗程度測算光纖的長度。

2 光纖光柵傳感器的實際應用

在實際研究的過程中，對這一傳感器如何放置到被埋設物體中，是當前研究的重要方面。如果有較為長期的無損埋設的方式，可以在沒有損耗的情況下，大大增強這一傳感器的應用范圍。

（1）這一傳感器在檢測的過程中使用的埋設方式。這一傳感器在埋入混凝土內部時，主要有三種埋入的方式：第一，一般的埋設方式；補充埋設的方式；第三，粘貼的埋設方式。第一種埋設方式只需借助鋼筋將光纖固定成功，最后在覆蓋混凝土即可。施工完成之后，借助光纖光柵傳感器對其埋設結果進行檢測。第二種埋設的方式則是對特定的部位進行檢測并開槽，最后再填充混凝土。最后一種埋設的方式則是通過借助粘貼的材料，將傳感器貼在混凝土的表面進行檢測工作。

（2）這一傳感器的主要運輸原理和構造。通過借助兩條紫外線光束照射光纖，通過改變光纖內部的折射率，從而在光纖內部形成長時期的周期性折射率。當光纖進入所需的混凝土中時，會出現光纖長度的變化，同時光線的溫度也會隨之改變。在光纖中會串聯好幾個FBG，通過寬帶光源發射出光線，并且折射進FBG中，如果接受檢測的各點應變導致反射波長的變化，就要借助FBG進行檢測，并將其轉化為電信號，從側面檢測出整體結構的狀態。

（3）借助FBG檢測鋼板加混凝土結構的主要內容。鋼板混凝土表面一般出現破壞的形式大多是滑移、掀起和裂縫三種形式。根據傳感器的使用效果將其分為三種類型，通過相關數據的監測發現，在加載被破壞之前，橋面并沒有產生比較明顯的滑移或者是掀起，混凝土也沒有產生明顯的裂痕，但是加載被破壞之后，就出現了明顯的滑移狀況。光纖光柵因為自身的結構多樣化，導致自身具備各種優秀的性能，不僅僅是這一傳感器的傳輸系統重要構成部分，同時在光纖的傳感方面也承擔著十分重要的作用。隨著現代社會的發展，科學技術的進步，以光纖光柵為構造基礎的傳感器正在逐漸成為新時期的研究重點，且逐漸應用到各個領域中去，所產生的各種效益也逐漸彰顯。

3 這一傳感器的發展前景

這一傳感器和以往的相比，更具備明顯的特性：其檢測的精度較高、靈敏度很強、有著良好的抗干擾能力、抗腐蝕性、結構較為簡單、尺寸較小且適用于多個領域等等。當前階段的主要研究方向在于，不斷優化傳感器自身的橫向檢測和靈敏度探析，且注重對溫度變化檢測的傳感器研究，另外對于光柵中反射出的各種信號進行細致的分析，旨在創造出成本更少、更靈敏的檢測技術，在實際應用的過程中，主要借助封裝技術、對溫度的補償技術以及傳感器的網絡技術，實現對各個領域的傳感技術的研發，例如航空航天、土木工程等等。隨著社會的不斷發展，科學技術也在不斷向前發展，光纖光柵傳感器會取代更多領域的傳統傳感器，應用到各個領域中去。

4 結束語

光纖傳感器大多會借助調制傳感技術，根據測算不同類型的信號，所以使用的范圍也更寬廣。從另一角度來說，這一傳感器在使用的過程中會很少消耗自身的能量，能夠適用于較長距離的傳輸和檢測工作，并且這一傳感器的特性在工程結構中使用更加明顯。在研究的過程中，要更注重對傳感器的埋沒方式，在檢測的過程中要尋求更加優秀的埋設方法，從而借助更少量的傳感器勘測出更多重要的信息。