光纤布拉格光栅传感原理

光纤布拉格光栅传感原理

光纤布拉格光栅（FBG）传感原理是通过检测 FBG 反射（或透射）中心波长（布拉格波长 ${\lambda }_B$）的漂移来测量外界物理量（如温度、应变）的变化。

核心机制

FBG 的反射中心波长由布拉格条件决定：${\lambda }_B=2n_{ef}/Lambda$。当外界物理量（温度、应变、压强、磁场等）变化时，纤芯有效折射率 $n_{ef}$ 和/或光栅周期 $/Lambda$ 发生改变，导致 ${\lambda }_B$ 发生漂移。通过光谱分析仪检测中心波长的漂移量 $\Delta {\lambda }_B$，可间接获得外界物理量的变化量。

应变传感

FBG 的布拉格波长随应变线性变化，应变灵敏度系数 $K_{\epsilon }\approx 0.788$，应变系数约为 $1.2/\text{pm}/\mu \epsilon$。

温度传感

FBG 的布拉格波长随温度线性变化，温度灵敏度系数约为 $10/\text{pm}{/}^{\circ }\text{C}$。温度变化通过热光效应和热膨胀效应影响有效折射率和光栅周期。

复用性

FBG 的一个重要特性是复用性——数百种布拉格光栅可刻写在一根光纤中，相隔数毫米或数千米，形成传感网络，实现多点或分布式测量。