基于光纤布喇格光栅传感器的精密位移测量
刘波;牛文成;杨亦飞;开桂云;董孝义
【摘 要】首先对光纤布喇格光栅传感的基本原理进行了分析,并给出了光纤光栅位移传感的基本公式.在此基础上,设计制作了一种光纤光栅位移传感器.采用光纤光栅作为传感元件,利用多波长计进行波长检测,对位移量进行了传感测量.实验中,传感器位移检测范围为0.6 mm,其传感测量精度为±43 nm,测量分辨率为1.5 nm.实验结果具有良好的线性度.
【期刊名称】《纳米技术与精密工程》 【年(卷),期】2005(003)001 【总页数】3页(P53-55) 【关键词】光纤光栅;位移;传感器
【作 者】刘波;牛文成;杨亦飞;开桂云;董孝义
【作者单位】南开大学信息学院,天津,300071;南开大学信息学院,天津,300071;南开大学信息学院,天津,300071;南开大学信息学院,天津,300071;南开大学信息学院,天津,300071 【正文语种】中 文 【中图分类】工业技术
第 3 卷第 l 期 2005 年 3 月 纳米技术与精密工程Nanotechnologyand Precision Engineering Vol.3No.1M缸.2005 基于光纤布喇格光栅传感器的精密位移测量刘波，牛文成，杨亦飞，开桂云，董孝义（南开大学信息学院，天津
300071)摘要：首先对光纤布啸l格光栅传感的基本原理进行了分析，并给出了光纤光栅位移传感的基本公式．在此基础 上，设计制作了一种光纤光栅位移传感器．采用光纤光栅作为传感元件，利用多波长计进行波长检测，对位移量进 行了传感测量实验中，传感器位移检测范围为 0.6 mm ，其传感测量精度为 ±43 run ，测量分辨率为 1.5run.实验结 采具有良好的线性皮．关键词：光纤光栅；位移；传感器中图分类号： TN247文献标i只码： A文章编号： 1672- 6030(2005 )01 -0053- 03 Exactitude Displacement Measurement Basedon Fiber Bragg Grating Sensors LlUBo,NIUWen-che吨， YANG Yi-fei,KAIGui-yun,DONGXiao-yi( College of
InformationTechnologyandScience,NankaiUniversity,Tianjin 300071,China) Abstract:Weanalyze the basic principle of displacement sensing based on fiber Bragg grating.Using one fiberBragg grating asdisplacement sensor and multi-wavelength meter todemodulate the
wavelengthshift ,weachievehighexactitudedisplacementmeasurement whichisinarangeof 0.6mm 叨th aprecisionof 士的 nm andaresolufionof 1.5nm.Theresulthashighlinearity.Keywords:fibergrating;displacement;sensor光纤光栅（ fibergrating ）是一种新型的光元源器 件，它是利用光纤材料的光敏特性在光纤纤芯上建立 的一种空间周期性折射率分布，其周期在纳米量级，作 用在于改变或控制光在该区域的传播行为方式，因此 能对纳米级的变化（如应力，位移等）给出精密的感知 信号．可以说，它必将成为精密测量和传感技术中的有 力手段．光纤光栅除具有普通光纤的特性之外，还具有 一些独特的性质．光纤光栅的出现，使许多复杂的全光 纤通信网络和传感网络成为可能，极大地拓宽了光纤 技术的应用范围，并由此产生了许多重要的应用． 作为 光子研究领域的一种新兴技术，以光纤光栅为基本传 感器件的传感技术近年来受到普遍关注［ 1,2） ，
目前，已 报道的光纤光栅传感器可以检测的物理量有温度、应 变、压力、位移、压强、扭角、扭矩（扭应力）、加速度、电收稿日期 ： 2004- 11- 29.流 、 电压、磁场、频率 、浓度、热膨胀系数和振动等，其中 一部分光纤光栅传感系统已经得到了实际应用． 光纤光栅根据物理机制的不同可分为蚀刻光栅和 折射率调制的位相光栅． 前者在成栅过程中使光纤的 结构出现明显的物理刻痕，后者主要在纤芯中形成折 射率周期性分布． 目前，无论是用于研究开发还是工程 实用，后者均占主导地位．其中，光纤布喇格光栅的栅 格周期一般为 102 nm 量级，折射率调制深度一般为 10-3 ～ 10 -5 ，光栅波矢方向与光纤轴线方向一致．这种光纤光栅具有较窄的反射带宽（～ 10 - 1 nm ）和较高的 反射率（～ 100% ），其反射带宽和反射率可以根据需 要，通过改变写人条件而加以灵活地调节．这是最早发 展起来的一类光纤光栅，目前在光纤通信及光纤传感 领域应用极其广泛．目前，以布喇格光纤光栅（ FBG,基金项目：国家科技部“863”计划项目
（ 2002A313110 ） ； 天津市科委重点基金项目（ 033800211 ) ；天津市科技重大攻关项目（ 043182011 ).作者简介： 如l 波（ 1975一 ） ，男，博士后 E-mail: liupipi@ nankai.edu.en.第3卷第 l 期2005年月纳米技术与精密工程Nanotechnologyand Precision Engineering Vol.3 No.1 M缸.2005 摘要：首先对光纤布啸l格光栅传感的基本原理进行了分析，并给出了光纤光栅位移传感的基本公式．在此基础上，设计制作了一种光纤光栅位移传感器．采用光纤光栅作为传感元件，利用多波长计进行波长检测，对位移量进行了传感测量实验中，传感器位移检测范围为 0.6 mm ，其传感测量精度为 ±43 run ，测量分辨率为 1.5run.实验结采具有良好的线性皮．Exactitude Displacement Measurement Basedon LlUBo,NIUWen-che吨， YANG Yi-fei,KAIGui-yun,DONGXiao-yi ( College of InformationTechnologyandScience,NankaiUniversity,Tianjin 300071,China) Abstract:Weanalyze the basic principle of displacement
基于光纤布喇格光栅传感器的精密位移测量
