周期共同决定。有多种物理量可以改变纤芯的有效折射率和光栅周期(如加速度、超声波、力等)，但它们都可以通过某种特殊的方式转化为应变和温度对FBG的影响。一方面，当FBG的轴向应变发生改变时，会引起光栅周期的改变，并由于弹光效应，导致FBG的有效折射率也发生改变;另一方面，当FBG的温度发生变化时，由于热胀冷缩而引起光栅周期改变，并且根据光纤的热光效应，使得FBG的有效折射率也会发生改变。
因此，由温度和应变的变化而引起FBG的中心波长漂移的关系表达式为:
????????????????????????????
?????=2 ??+???????? ???+2 ??+???????? ???
???????????????T为温度变化量，?l为FBG的长度变化量，?Λ是光栅周期的变化量。公式右边两项分别代表温度和应变对FBG中心波长的影响。第一项描述由温度的变化
而引起FBG中心波长的漂移，第二项描述由应变的变化而引起FBG中心波长的漂移。
2.2光纤光栅传感技术的类型简介
（1）强度调制型光纤传感技术
强度调制，是一种解调相对简单、应用相对广泛的光纤传感技术。其基本原理是外界环境(压力、振动、位移和气体等被测量)以某种特殊的方式改变光纤中传输的光强(即调制)，再通过测量输出光强的变化(解调)来获得被测量的信息。光强调制技术具有结构简单、可兼容、低成本等优点，但是检测的光信号容易受光源波动(光纤微弯和连接器损耗等)的影响。光强调制型光纤传感器主要有光纤微弯传感器、光纤受抑全内反射传感器、光纤辐射传感器等。 （2）频率调制型光纤传感技术
频率调制，是指外界环境(被测量)以某种特定的方式改变光纤中传输光的频率，再通过检测光波频率的偏移量来获得被测量的信息。一般需要利用光纤的非线性特性实现检测。
（3）相位调制型光纤传感技术
相位调制，是指外界环境(被测量)以某种特定的方式改变光纤中传输光 的相位，再利用干涉仪等来测量相位的变化从而获得被测量的信息。由于在传感过程中，需要采用特殊的光纤及高精度的检测系统，因此，光相位调制技术的检测成本高。该类型的传感器具有高灵敏度、测量对象广泛、灵活多样等优点。相位调制型光纤传感器主要有:Mach-Zehnder光纤干涉仪、Michelson光纤干涉仪、Sagnac光纤干涉仪和光纤Fabry-Perot干涉仪等。 （4）偏振调制型光纤传感技术
偏振调制，是指外界环境(被测量)以某种特定的方式使光纤中传输光波的偏振面发生偏转，再通过测量光波偏振态的变化来获得被测量的信息。光偏振调制技术的优点是不仅避免了光源强度变化的影响而且检测精度高。 （5）波长调制型光纤传感技术
波长调制，是指外界环境(被测量)以某种特定的方式改变光纤中传输光 的波长，再通过测量波长的漂移量来获得被测量的信息。波长调制型光纤传感器具有抗干扰能力强和波长编码等优点。
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3.光纤光栅传感器封装技术分类
3.1保护性封装
这种保护性封装一般有表贴式和管式两种。表贴式封装适合表贴在梁的表面，而管式封装适合埋入到建筑物内部。 (1)表贴式封装
赵雪峰等人设计了一种片式封装结构，如图3-1所示。衬底采用厚度为2mm的“工”字形钢片，中部钢片宽5 mm，长100 mm，两侧钢片宽20 mm，长 30 mm。在中部钢片的两侧各焊接一个厚度5 mm，直径20 mm的圆形钢片以增加封装结构与基体的锚固。在钢片上预留3mmx3mm的方孔以方便光纤的布设。将封装结构用固定在钢筋架上的金属丝固定在试验梁跨中混凝土截面中，这样就尽量避免了振捣棒与之接触，减少了混凝土对传感器的冲击。实验证明，这种封装结构的传感器存活率高，应变与波长的线性度好，但测量点应变的传递损失为21%，这与封装结构所选的衬底、与粘接层、与金属丝的固定方法都有关系，须引入应变修正系数对一结果进行修正。
图3-1 “工”字形片式封装结构示意图
(2)金属管保护封装
管式封装通常是把光纤光栅封装在不锈钢管中，以达到保护光栅的目的。 董兴法等人采用管式封装，设计了一种用于结构损伤检测的实用的光纤光栅传感器。他们将一半长度的FBG用直径为0.5 mm的不锈钢管紧包封装，另一部分用外径小一点的不锈钢管松套封装，然后共同套入匹配的不锈钢管内部，如图3-3所示。这样只有第一部分FBG接受外套管传感的受力，另一部分FBG就可以进行温度补偿，在光栅自由段填充适当热膨胀系数的液体或固体材料，将有效的消除温度变化对测量结果的影响。
图3-2能克服应变温度交叉敏感的FBG管式封装图
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3.2 敏化封装
裸光删对温度、应变和压力的灵敏度都不高，这给我们传感检测带来一定的难度，在某些需要高灵敏度传感的场合往往不能满足需要。多年来，国内外学者在对光栅的增敏封装方面做了许多研究工作，成果显著。
在温度增敏方面，被普遍采用的一种方法是把光栅封装在一种高热膨胀系数的基底材料中，由于普通石英光纤的热膨胀系数只有0.5*10-6/℃,金属的热膨胀系数是是它的几十倍，有机聚合物的热膨胀系数更高，因此依靠基底的带动作用，可以使封装后的光栅在相同温度变化时比裸光栅产生更大的轴向应变，从而起到增敏的效果。封装结构一般为块式，如图3-3所示为温度增敏封装结构示意图。
3.3补偿性封装
由于光纤布拉格光栅存在温度应变交叉敏感问题，使我们在实际应用中无法从单一的波长漂移分辨出这究竟是应变引起的还是温度变化引起的。在很多情况下，比如大型建筑物的健康监测，我们对光栅粘贴位置的应变感兴趣，温度变化带来的波长漂移会严重影响应变的测量，因此必须对光纤光栅进行恰当的封装，消除温度变化造成的影响，也就是对温度进行补偿。
目前，光纤光栅的温度补偿方法大致分为两类:一类是有源方式，即用外加电路设备控制光栅器件所在的工作环镜温度;另一类是无源方式，即以适当的结构与材料对光纤光栅进行封装，通过封装结构在原理上剔除温度对应变测量的影响，或者实现温度和应变双参数的同时测量，甚至多参数的同时测量。
最简单的无源温度补偿方案就是在传感光栅旁边再放置一根不受应力作用的参考光栅，两个光栅所处的环镜温度是相同的。参考个光栅的温度特性是通过标定的，从它的波长与温度的对应关系就能直接知道环镜温度，然后根据传感光栅温度特性曲线就可以从传感光栅的波长漂移中剔除温度的影响，解调出应变。
贾宏志等人在光纤的同一位置写入不同周期的光栅，实现了温度应变的同时测量。刘云启等人把一个光栅分成两部分分别封装在两个聚合物基底中，所得两部分光栅的温度特性和压力特性不同，实现了单光栅压力和温度的同时测量。实验得到压力分辨率为0.36 MPa，温度分辨率为0.3℃。张颖等人采用预应变封装技术在一个光栅上得到了两个反射峰[，克服了温度、应变交叉敏感问题。董兴法等人设计的金属管分段封装方法，也实现了单个光纤光栅温度和应变的同时测量。
孙安等人采用空心的悬臂梁结构粘贴光栅，使光栅在悬臂梁自由端受力时产生啁啾，出现两个反射峰，两峰间的距离随压力成线性变化。这样，解调出双峰的距离，就可以求得压力的大小，从结构上剔除了温度的干扰。这种结构设计巧妙，但距离实用还有一段距离。
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4.封装技术实例
4.1光纤光栅温度传感器抗应变串扰封装
传感器的结构设计要能够便于实际的工程安装，尽量避免安装环境的差异导致传感器特性的改变，如外界应力作用于传感器导致光纤光栅的波长漂移、反射率下降等负面影响。同时要确保正常的现场施工不会对传感器和连的光缆造成严重破坏，要能够保证信号的正常采集与传输。 传感器的寿命与传感器的应用环境直接相关，高温环境将大幅度地缩减传感器的寿命。因此，在确保传感元件自身寿命的前提上，要尽量减小因封装技术给传感器寿命带来的负面影响。封装高温光纤光栅传感器的各种材料都要能够承受高温环境的长期考验，尤其需重视胶水的高温稳定性。
4.1.1封装结构的设计
抗应变串扰的光纤光栅温度传感器封装结构横切面和俯视图分别为图4-1和4-2所示:图中所示圆柱体为中间留有细小空隙(0.3mm左右)的圆柱体不锈钢管，将光纤光栅放入圆柱体中间，通过玻璃焊料或者粘结剂将光栅尾纤焊接固定在半圆柱不锈钢管上，两焊接点之间的光纤稍微弯曲，从而起到消除外力影响，实现抗应变串扰的结构设计。
图4-1光纤光栅温度传感器封装结构横切面
图4-2光纤光栅温度传感器封装结构俯视图
光纤光栅温度传感器中的玻璃焊料是用于实现光纤器件的高可靠性封接，封接工艺中可直接将金属管套与光纤密封，无需将光纤表面金属化，并改良其抗老化性，防飞溅和抗腐蚀性，可以取代传统的封装工艺。
焊接方式：将光纤光栅尾纤穿入玻璃焊料中，然后再将玻璃焊料放入半圆柱的不锈钢管中，通过加热半圆柱不锈钢管底部，加热至320 ℃ -375 ℃左右时玻
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璃焊料会熔化并将光栅尾纤和半圆柱不锈钢管粘接在一起。
加热方式：加热方式一般分为高频感应加热、电阻加热、激光加热等。高频感应加热方式是最常用的加热方式，此方法具有快捷、局部加热套圈或管子的优点。只要套圈或者管子是金属材料就可以通过高频感应加热方式来实现加热。电阻加热采用电极加热元件，此方式可进行局部加热，但部件需是导热的材料。激光加热的优点是加热面积比较小，可实现精确控制，缺点是加热区域以及激光功率不好调节和固定。本人熔化玻璃焊料的方式是通过大功率的电烙铁加热来实现。此加热方式具有加热时间短、操作方便、加热成本低的优点，缺点是加热部件要比较小并且金属部件结构要方便与玻璃焊料结合。
4.1.2光纤光栅温度传感器抗应变串扰封装过程
将光纤光栅穿入图4-1所示的长度为6.0cm，外径为3.0mm，内径为0.5mm的圆柱体内，通过玻璃焊料或者粘结剂将光纤光栅尾纤焊接固定在半圆柱内不锈钢管上，两固定点之间的光纤稍微弯曲，从而起到消除外力影响的作用;然后将内径为250um，外径为900um的松套管套入光纤光栅尾纤中，再用紫外胶将松套管粘接在图3-1所示的半圆柱体不锈钢管上;然后将上述结构放入长度为12.0cm,内径为3.45mm，外径为4.0~的外不锈钢管中间，再将接头处涂有耐温胶的外径为3.3mm的耐温光缆插入到不锈钢管中直至顶到半圆柱内不锈钢管，最后用压接钳将上述外不锈钢管进行压接并用外径为6.0mm的热缩管将压接接头热缩保护。
上述封装过程所用的封装工具如下:切割外不锈钢管所用工具为钢管切管器，加热玻璃焊料的工具为功率为60W的电烙铁，固化紫外胶的工具为紫外灯，压接不锈钢管的为六角压接钳。
4.1.3封装后光纤光栅温度传感器的温度特性
封装完光纤光栅温度传感器后对传感器进行测试，分别使用玻璃焊料封装和紫外胶封装的两种光纤光栅温度传感器进行温度条件相同的加热对比实验。我们首先将封装好的两个温度传感器放入高温炉中进行加热，然后测试温度传感器的线性度、重复性、稳定性。
图4-3玻璃焊料封装的光纤光栅温度传感器-40-300度之问温度响应曲线图
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光纤光栅传感器的封装技术
