光纖光柵位移傳感器

位移傳感器有幾種

作為應用最廣泛的傳感器之一, 在結構檢測、軌道交通、電路監管和機床控制等方面發揮著重大的作用。按照其傳感原理可以分為電感型、電容型、超聲波型及光纖型等類型。

光纖位移傳感器是什么

具有體積小、抗電磁干擾和易于復用等特點, 適用于高精度、大范圍和極端的工作環境, 是位移傳感器的主要發展方向之一。

光纖光柵作為本征型光纖器件, 制作簡單、靈敏度高, 是光纖傳感的重要分支, 因此基于光纖光柵的位移傳感器也成為了重點研究方向之一。基于DBR (Distributed Bragg Reflector) 激光器的雙偏效應實現了一種高靈敏度位移傳感器。

光纖光柵最早是由Hill等人發現, 利用光纖光敏性在纖芯形成周期性的折射率分布, 因此光纖光柵也可以看作柵格周期變化的光波導。布拉格光纖光柵 (FBG) 反射譜的中心波長λ_B與纖芯有效折射率n_eff之間的關系由下式表示:λ_B=2n_effΛ (1)式中:Λ為光柵的周期。當外界環境發生變化時 (如溫度、應變或電磁場等) , 會引起n_eff或者Λ的變化, λ_B也會隨之變化, 基于此可以實現光纖光柵對外界環境變化的感知。

常見的光纖光柵制作方法有干涉法、相位掩膜板法和逐點寫入法等。其中相位掩膜板法由于工藝簡單、成品率高和重復性好等特點, 在制作光纖光柵中被廣泛使用。相位掩膜板法原理是利用紫外光通過周期性結構的掩膜板發生衍射, 衍射后產生的相干光束相互干涉形成周期性的條紋, 將光敏光纖放置于該區域內, 即可對纖芯內折射率產生周期性的調制, 最終形成光纖光柵。

光纖光柵測量位移信號時, 通常采用具有一定強度的彈簧進行應力-位移的轉換, 以滿足不同的位移量程和精度測量需求, 將光纖光柵封裝在應力傳感結構上, 實現波長-應力的轉換。