光纤光栅位移传感器

位移传感器有几种

作为应用最广泛的传感器之一, 在结构检测、轨道交通、电路监管和机床控制等方面发挥着重大的作用。按照其传感原理可以分为电感型、电容型、超声波型及光纤型等类型。

光纤位移传感器是什么

具有体积小、抗电磁干扰和易于复用等特点, 适用于高精度、大范围和极端的工作环境, 是位移传感器的主要发展方向之一。

光纤光栅作为本征型光纤器件, 制作简单、灵敏度高, 是光纤传感的重要分支, 因此基于光纤光栅的位移传感器也成为了重点研究方向之一。基于DBR (Distributed Bragg Reflector) 激光器的双偏效应实现了一种高灵敏度位移传感器。

光纤光栅最早是由Hill等人发现, 利用光纤光敏性在纤芯形成周期性的折射率分布, 因此光纤光栅也可以看作栅格周期变化的光波导。布拉格光纤光栅 (FBG) 反射谱的中心波长λ_B与纤芯有效折射率n_eff之间的关系由下式表示:λ_B=2n_effΛ (1)式中:Λ为光栅的周期。当外界环境发生变化时 (如温度、应变或电磁场等) , 会引起n_eff或者Λ的变化, λ_B也会随之变化, 基于此可以实现光纤光栅对外界环境变化的感知。

常见的光纤光栅制作方法有干涉法、相位掩膜板法和逐点写入法等。其中相位掩膜板法由于工艺简单、成品率高和重复性好等特点, 在制作光纤光栅中被广泛使用。相位掩膜板法原理是利用紫外光通过周期性结构的掩膜板发生衍射, 衍射后产生的相干光束相互干涉形成周期性的条纹, 将光敏光纤放置于该区域内, 即可对纤芯内折射率产生周期性的调制, 最终形成光纤光栅。

光纤光栅测量位移信号时, 通常采用具有一定强度的弹簧进行应力-位移的转换, 以满足不同的位移量程和精度测量需求, 将光纤光栅封装在应力传感结构上, 实现波长-应力的转换。