自1978年加拿大Hill等人发现混合石英光纤中的光敏现象并采用波动法制造出世界上第一个光纤光栅以来，美国Melt等人于1989年实现了光纤BRAGG光栅（FBG）（光纤光栅）（光纤光栅）。自紫外激光侧写技术出现以来，光纤光栅的制造技术不断提高，人们对光纤光栅的研究也更加广泛​​和深入。光纤光栅传感器具有一般传感器抗电磁干扰、灵敏度高、体积小、重量轻、成本低等优点，适合在高温、腐蚀环境下使用。利用复用技术的多点复用、多参数分布的独特优势。因此，光纤光栅传感器已成为当前传感器中的研究热点。由光源、光纤光栅传感器和信号解调系统组成的光纤光栅系统如何在降低成本、提高测量精度、满足实时测量的前提下，使各部分达到最优匹配。系统各个领域的实用化需求也是研究者考虑的问题。

本文介绍了光纤光栅传感器系统，讲解了光纤光栅系统的宽带光源，重点分析了光纤光栅传感器的传感器原理以及如何区分测量技术。最后提出了满足未来需求的优化措施。

1.光纤光栅传感器系统

光纤光栅传感器系统主要由宽带光源、光纤光栅传感器、信号解调部分组成。宽带光源为系统提供光能。光纤光栅传感器利用光源的光波传感器感应被测信息。信号测得的测量信息通过信令系统实时反映。

1.1 光源

光源的质量决定了整个系统发出的光信号的质量。在光纤光栅传感器中，由于传感是对波长进行编码的，因此光源必须具有较宽的带宽以及较强的输出功率和稳定性，才能满足分布式传感系统中多点、多参数测量的需要。光纤光栅传感器系统中常用的光源有LED、LD和不同浓度、不同类型稀土离子的掺杂光源。 LED光源的带宽很宽，可以达到几十纳米。它具有很高的可靠性。 LD光源具有单色性好、相干性强、功率高的特点。但LD光谱稳定性较差(4×10-4/℃)。因此，这两种光源自身的缺点限制了它们在光传感方面的应用。研究最广泛的不同类型和浓度的光源 不同类型和浓度的光源是应用最广泛的光源。目前C波段掺杂光源已研制成功并投入使用。随着光通信中对通信容量和速度的要求，以及分布式光纤传感密集布点，对光源带宽的研究日益重要。有研究人员提出了C+L波段的发展计划，以提高光源的带宽和功率。在温度稳定性方面，混合光源比半导体光源提高了2个数量级。同时可以提供高功率、宽带宽、长使用寿命。因此，可以扩大光纤光栅传感器的测量范围。噪声比。

1.2 光纤光栅传感器

光纤光栅传感器可以实现温度、应变等物理量的直接测量。由于光纤光栅的波长同时对温度和应变敏感，即温度和应变同时引起光纤光栅耦合波长的移动，从而使光纤光栅耦合波的温度升高长度并不是无法区分温度和应变。因此，解决交叉敏感性问题，以及温度和应力的划分是传感器实用化的前提。通过一定的技术测量应力和温度的变化，实现温度和应力的区分测量。这些技术的基本原理是利用两段或两段具有不同温度和应变响应灵敏度的光纤光栅组成双光栅温度和应变传感器。通过确定两个光纤光栅的温度和应变敏感系数，使用两个对偶。一次性方程求解温度和应变。测量技术的划分可分为两类，即多光纤光栅测量和单光纤光栅测量。

多光纤光栅测量主要包括混合FBG/长周期光栅（Long period Grating）法、双周期光纤光栅法、光纤光栅/FP腔集成复用法、双FBG重叠写入法。各种方法各有优点和缺点。 FBG/LPG方法简单，但很难保证同一点为9×10-6、1.5℃。双周期光纤光栅方法可以保证测量位置，提高测量精度，但格栅强度低，信号困难。光纤光栅/FP腔一体化复制方式温度稳定性好，体积小，测量精度高，精度可达20×10-6，1℃，但FP腔长度调节困难，信号较弱。复杂的。双FBG重叠写入方式精度高，但光栅写入难度大，信号解调较复杂。

单光纤光栅测量主要包括用不同的聚合物材料封装单光纤光栅的方法，以及采用不同FBG组合和预制应变的方法。采用高分子材料封装单光纤光栅方法，利用对温度和应力的不同响应，增加温度和应力的温度或应力敏感性，克服交叉敏感性效应。这种方法简单，但高分子材料的选择困难。采用不同的FBG组合，就是在不同的折射率和温度敏感度或不同的温度响应敏感度和掺杂材料浓度上写入光栅。使用不同的折射率和温度灵敏度来区分测量。该方法简单，解调为波长编码，避免应力集中，但存在损耗大、熔体处易破裂、测量范围小等问题。预制方法是首先对光纤光栅进行一定的预加工。在预换的情况下，光纤光栅的部分牢固地粘贴在悬臂梁上。应力释放后，光纤未付费部分的光纤光栅恢复，中心反射波长不变；粘贴在悬臂梁上的部分无法恢复，导致该部分光纤光栅的中心反射波长发生变化。因此，该光纤光栅有2个反射峰，其中1个反射峰（悬臂梁的一部分）敏感且灵敏；另一个反射峰（未付费部分）仅对温度敏感，可以通过测量来测量两个反射峰的波长漂移，同时测量温度和响应。

1.3 信号解调

光纤光栅传感器系统中，信号学科部分是光信号处理，完成光信号波长信息到电参数的转换；显示出熟悉的方式。其中，光信号处理的后续分析，即传感器中心反射波长的后续分析是解调的关键。光栅传感器中心反射波长最直接的检测仪器是光谱仪。该方法的优点是结构简单、使用方便。缺点是精度底，价格高，体积大，不能直接输出与波长变化相对应的电信号。因此，不能满足实际自动控制的需要。为此，人们研究并提出了多种解调方法来实现信号的快速、准确提取。可分为滤波法、干涉法、可调窄带光源法和色散法。

滤波方法包括本体滤波法、匹配光栅滤波法、可调FP滤波法。体滤波方法的组成部分是波分法。其工作原理是两束强度如耦合器的光学形成的光学形成。与波长相关滤光片相关的光束滤光片1个；另一束光用作参考光束。最终根据光功率变化的影响得到与光纤光栅中心波长相关的输出值。该方法可以实现动态和静态参数测量。分辨率为375x10-6，动态应变测量响应速度不超过100Hz匹配光栅滤波方式。它利用其他FBG或通过滤波元件在驱动元件的作用下跟踪FBG的波长。驱动信号以获得应力或温度。该方法结构简单，线性好，分辨率可达0.4×10-6。该方法可以实现静态测量。但该方法的缺点是两个光栅必须严格匹配，且传感器光栅的测量范围不大。可调FP滤波器方法是传感器阵列FBG的反射信号进入可调光纤FP滤波器（FFP），调整FFP到FBG反射峰值的伪波长，滤波后的透射光达到最大值，由FFP驱动电压-传输波长关系可以得到FBG的反射峰值波长。扫描和扰动信号构成波长锁定的闭环，其应力分辨率可达0.3×10-6。该解调方法可以实现动态和静态测量。由于FFP滤波器腔的调谐范围很宽，可以实现多个传感器的解调。但高精度FFP的成本较高。

滤波结构简单，但其传感精度难以进一步提高。干涉法精度更高，可以大大提高传感分辨率。窄带光源的调节可以获得较高的信噪比和分辨率。实验所得的最小波长分辨率约为2.3pm，对应的温度分辨率约为0.2℃。协调范围并不理想，一定程度上限制了光纤光栅传感器的使用数量和范围在一定程度上。

2、光纤光栅传感器系统的发展趋势

适应未来光纤光栅传感器系统的网络化、大规模、准分布式测量。许多研究人员正在对光纤光栅传感器系统的各个方面进行持续的研究，以优化系统。光纤光栅传感器系统的优化主要考虑三个方面，即光源、光栅传感器和信号解调。对于传感器系统的优化，主要是根据传感器的数量、传感器的灵敏度以及学科系统的分辨率来进行优化。根据实际测量需要，配置不同的光源、传感器、纪律系统，使成本低、测量误差小、测量误差小。测量精度高。针对未来光纤光栅传感器系统组网的要求，应采用稳定性好、宽带、输出功率高的光源。混合、混合、离子光源是未来发展的重点。光纤光栅传感器不仅可以实现单参数的测量，还可以实现多参数的测量。当进行单一参数测量时，应提高传感器的灵敏度和测试精度。实际应用中，要注意传感器的灵敏度与量程之间的折价。灵敏度高，范围自然就小。这是因为光纤光栅的响应有一个极限值，极限光栅就会被破坏。为了实现准分布式测量，传感器复用数量较多。在布置传感器时，有时一个点必须布置多个不同灵敏度的传感器才能实现大范围的温度和压力测量。由于感测量主要是作为载波的微小波长偏移，因此实用的信号解调方案必须具有非常高的波长分辨率。其次，需要解决动态和静态信号的检测问题，特别是两者的绑定测试成为光栅传感实用解调技术中的难点。光纤光栅传感器系统的最大优点是非常有利于传感器的复用，实现分布式传感。例如美国微米光学公司，新推出的FBGSLI采用可调激光扫描方式。四路光纤中共有256个BRAGG光栅可供查询。因此，未来的光纤光栅传感系统将满足单点高精度的实时测量，同时也能适应基于网络的准等级多点、多参数测试要求，并在未来传感领域发挥更大的作用。本质

3. 结束语言

随着对光纤光栅传感器系统研究的深入，其研究重点：一是研究传感器能否同时传感和温度变化；研究方向包括技术、温度补偿技术、光源稳定性、传感器系统组网等。特别是随着全光网络的发展，光纤光栅传感器系统可以应用成熟的波、时间复用、空点复用技术，实现准分布式光纤传感。高灵敏的光纤光栅系统网络将在生产领域有更广泛的应用。