光柵傳感器是一種常用的光學(xué)傳感器，是一種能夠?qū)⒐鈱W(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的AH180-WG-7傳感器裝置。其優(yōu)點(diǎn)在于高分辨率、快速響應(yīng)、高靈敏度等特點(diǎn)。通過(guò)光柵結(jié)構(gòu)與光學(xué)原理實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換。它在工業(yè)控制、精密測(cè)量等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。一、結(jié)構(gòu)光柵傳感器一般由光源、光柵、光電轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器等部分組成。光源發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)光柵后形成干涉條紋，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器將條紋的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過(guò)信號(hào)處理器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，從而得到測(cè)量參數(shù)。二、原理光柵傳感器的工作原理主要是利用光柵的光學(xué)干涉原理。光源發(fā)出的光線在通過(guò)光柵后，由于光柵的干涉作用，形成明暗交替的干涉條紋。當(dāng)目標(biāo)物體的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致干涉條紋的位置或間距發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量這種變化，就可以得到參數(shù)的變化量。三、測(cè)量光柵傳感器可以測(cè)量的參數(shù)有很多，常見(jiàn)的包括長(zhǎng)度、位移、速度、振動(dòng)等。測(cè)量過(guò)程主要是通過(guò)測(cè)量光電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，通過(guò)測(cè)量光電信號(hào)的相位變化，就可以得到位移量；通過(guò)測(cè)量光電信號(hào)的頻率變化，就可以得到速度。四、應(yīng)用光柵傳感器在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在航天航空領(lǐng)域，光柵傳感器可以用來(lái)測(cè)量飛機(jī)的速度、位移和振動(dòng)；在機(jī)械制造領(lǐng)域，光柵傳感器可以用來(lái)測(cè)量機(jī)床的位置、速度和振動(dòng)；在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，光柵傳感器可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和速度控制。五、操作規(guī)范光柵傳感器的操作規(guī)范主要包括以下幾點(diǎn)：1、準(zhǔn)備工作：在操作光柵傳感器之前，應(yīng)確保光柵表面清潔，無(wú)塵?；蛴臀?。同時(shí)，還應(yīng)檢查光源、光電轉(zhuǎn)換器等設(shè)備是否正常。2、安裝和定位：在安裝光柵傳感器時(shí)，應(yīng)確保其與被測(cè)物體的距離及角度正確。如果安裝位置不正確，可能會(huì)影響測(cè)量結(jié)

光纖光柵傳感器TPS5450DDAR是一種利用光纖光柵技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器，其基本原理是通過(guò)應(yīng)變、溫度等物理量對(duì)光纖光柵的布拉格反射波長(zhǎng)進(jìn)行改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的測(cè)量。光纖光柵傳感器的測(cè)量范圍廣泛，可用于測(cè)量應(yīng)變、溫度、壓力、形變、位移等多種物理量，具有高靈敏度、高分辨率、免受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，適用于工業(yè)、航空、航天、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域。在應(yīng)變測(cè)量方面，光纖光柵傳感器的應(yīng)變靈敏度可達(dá)到10^-6，因此廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、地震預(yù)警等領(lǐng)域；在溫度測(cè)量方面，光纖光柵傳感器的溫度測(cè)量范圍可達(dá)到-200°C至+1000°C，因此適用于高溫環(huán)境下的測(cè)量。光纖光柵傳感器的系統(tǒng)原理主要分為兩部分：光纖光柵傳感器和光纖光柵信號(hào)處理系統(tǒng)。光纖光柵傳感器包括光纖光柵芯片和光纖連接部分，光纖光柵芯片是測(cè)量物理量的關(guān)鍵部分，光纖連接部分是將光纖光柵芯片與外界連接的部分。光纖光柵信號(hào)處理系統(tǒng)主要包括光源、光學(xué)分析儀、信號(hào)采集卡、數(shù)據(jù)處理器等。光源為光纖光柵傳感器提供光源信號(hào)，光學(xué)分析儀用于分析光信號(hào)，信號(hào)采集卡負(fù)責(zé)采集分析儀輸出的信號(hào)，數(shù)據(jù)處理器用于處理和分析采集到的信號(hào)，并將結(jié)果反饋給用戶。在操作規(guī)范方面，光纖光柵傳感器的操作需要注意以下幾點(diǎn)：首先，使用前需進(jìn)行檢查，確保傳感器和信號(hào)處理系統(tǒng)正常工作；其次，傳感器的安裝位置應(yīng)合理選擇，避免測(cè)量誤差和損壞；再次，傳感器在使用過(guò)程中應(yīng)避免受到外力影響，以免影響測(cè)量精度；最后，傳感器的使用應(yīng)按照使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行，避免誤操作。

0 引 言 光纖Bragg光柵(FBG)傳感器是以FBG作為敏感元件的功能型光纖傳感器，有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)該傳感器受溫度、應(yīng)變等外界參量的作用時(shí)，Bragg波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的漂移，因此，研究FBG傳感器的關(guān)鍵問(wèn)題是如何精確測(cè)量FBG反射波長(zhǎng)漂移量。傳統(tǒng)上一般應(yīng)用光譜儀解調(diào)系統(tǒng)，它體積大、不易攜帶、不利于現(xiàn)場(chǎng)使用。近年來(lái)出現(xiàn)的微型光譜儀體積小、價(jià)格便宜，但其光譜分辨力只在0.1 nm數(shù)量級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到FBG解調(diào)需要的pm級(jí)的分辨力。 為了提高Bragg波長(zhǎng)漂移量的測(cè)量精度，提出了基于F-P可調(diào)諧濾波器和波長(zhǎng)基準(zhǔn)器，采用插值-相關(guān)譜法的處理技術(shù)，即，首先在原始光譜中每相鄰兩點(diǎn)間線性插入一些點(diǎn)，再利用相關(guān)譜法得到Bragg波長(zhǎng)漂移量。該方法不但可以有效抑制噪聲，而且，能精確地測(cè)量Bragg波長(zhǎng)漂移量，從而實(shí)現(xiàn)高精度地測(cè)量溫度、應(yīng)變等外界參量。 1 FBG傳感器原理 根據(jù)Bragg衍射原理，當(dāng)寬帶光源發(fā)出的光入射到FBG中去，F(xiàn)BG將把以Bragg波長(zhǎng)為中心的窄帶光譜范圍內(nèi)的光反射回來(lái)。Bragg波長(zhǎng)λB由FBG的柵距A和有效折射率neff決定 因此，F(xiàn)BG可以被看作窄帶濾波器，濾波器的中心波長(zhǎng)就是Bragg波長(zhǎng)。當(dāng)FBG受到應(yīng)變、溫度等因素使FBG的柵距以或有效折射率neff產(chǎn)生變化時(shí)，被FBG反射的Bragg波長(zhǎng)λB亦產(chǎn)生相應(yīng)變化。由式(1)的微分得知，其Bragg波長(zhǎng)的偏移量為 從而實(shí)現(xiàn)了待測(cè)量對(duì)反射信號(hào)光的波長(zhǎng)編碼調(diào)制。因此，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反射波長(zhǎng)的偏移量，再根據(jù)△nff，△Λ與待測(cè)量之間的線性關(guān)系，即可獲得待測(cè)物理量的變化。 2 插值-相關(guān)譜法原理 相關(guān)譜法基于以下特征：在

引 言 光纖Bragg光柵(FBG)傳感器是以FBG作為敏感元件的功能型光纖傳感器，有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)該傳感器受溫度、應(yīng)變等外界參量的作用時(shí)，Bragg波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的漂移，因此，研究FBG傳感器的關(guān)鍵問(wèn)題是如何精確測(cè)量FBG反射波長(zhǎng)漂移量。傳統(tǒng)上一般應(yīng)用光譜儀解調(diào)系統(tǒng)，它體積大、不易攜帶、不利于現(xiàn)場(chǎng)使用。近年來(lái)出現(xiàn)的微型光譜儀體積小、價(jià)格便宜，但其光譜分辨力只在0.1 nm數(shù)量級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到FBG解調(diào)需要的pm級(jí)的分辨力。 為了提高Bragg波長(zhǎng)漂移量的測(cè)量精度，提出了基于F-P可調(diào)諧濾波器和波長(zhǎng)基準(zhǔn)器，采用插值-相關(guān)譜法的處理技術(shù)，即，首先在原始光譜中每相鄰兩點(diǎn)間線性插入一些點(diǎn)，再利用相關(guān)譜法得到Bragg波長(zhǎng)漂移量。該方法不但可以有效抑制噪聲，而且，能精確地測(cè)量Bragg波長(zhǎng)漂移量，從而實(shí)現(xiàn)高精度地測(cè)量溫度、應(yīng)變等外界參量。 1 FBG傳感器原理 根據(jù)Bragg衍射原理，當(dāng)寬帶光源發(fā)出的光入射到FBG中去，F(xiàn)BG將把以Bragg波長(zhǎng)為中心的窄帶光譜范圍內(nèi)的光反射回來(lái)。Bragg波長(zhǎng)λB由FBG的柵距A和有效折射率neff決定 因此，F(xiàn)BG可以被看作窄帶濾波器，濾波器的中心波長(zhǎng)就是Bragg波長(zhǎng)。當(dāng)FBG受到應(yīng)變、溫度等因素使FBG的柵距以或有效折射率neff產(chǎn)生變化時(shí)，被FBG反射的Bragg波長(zhǎng)λB亦產(chǎn)生相應(yīng)變化。由式(1)的微分得知，其Bragg波長(zhǎng)的偏移量為 從而實(shí)現(xiàn)了待測(cè)量對(duì)反射信號(hào)光的波長(zhǎng)編碼調(diào)制。因此，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反射波長(zhǎng)的偏移量，再根據(jù)△nff，△Λ與待測(cè)量之間的線性關(guān)系，即可獲得待測(cè)物理量的變化。 2 插值-相關(guān)譜法原理 相關(guān)譜法基于以下特征：在

近年來(lái)。隨著光纖通信技術(shù)向著超高速、大容量通信系統(tǒng)的方向發(fā)展，以及逐步向全光網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)．在光通信迅猛發(fā)展的帶動(dòng)下，光纖光柵已成為發(fā)展最為迅速的光纖無(wú)光源器件之一。光纖在紫外光強(qiáng)激光照射下，利用光纖纖芯的光敏感特性．光纖的折射率將隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)的變化。這樣，在光纖軸向上就會(huì)形成周期性的折射率波動(dòng)，即為光纖光柵。由于光纖光柵具有高靈敏度、低損耗、易制作、性能穩(wěn)定可靠、易與系統(tǒng)及其它光纖器件連接等優(yōu)點(diǎn)，因而在光通信、光纖傳感等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為此。本文從光纖布拉格光柵、長(zhǎng)周期光纖光柵等光纖光柵的原理出發(fā)，綜述了光纖布拉格光柵對(duì)溫度、應(yīng)變同時(shí)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用。 1 光纖傳感器的工作原理 1．1 光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu) 光纖布拉格光柵FBG于1978年發(fā)明問(wèn)世。它利用硅光纖的紫外光敏性寫(xiě)入光纖芯內(nèi)，從而在光纖上形成周期性的光柵，故稱為光纖光柵。圖l所示是其光纖光柵傳感器的典型結(jié)構(gòu)。 在圖1所示的光纖光柵傳感器結(jié)構(gòu)中，光源為寬譜光源且有足夠大的功率，以保證光柵反射信號(hào)良好的信噪比。一般選用側(cè)面發(fā)光二極管ELED的原因是其耦合進(jìn)單模光纖的光功率至少為50～100 μW。而當(dāng)被測(cè)溫度或壓力加在光纖光柵上時(shí)。由光纖光柵反射回的光信號(hào)可通過(guò)3 dB光纖定向耦合器送到波長(zhǎng)鑒別器或波長(zhǎng)分析器，然后通過(guò)光探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，最后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、儲(chǔ)存，并按用戶規(guī)定的格式在計(jì)算機(jī)上顯示出被測(cè)量的大小。 光纖光柵除了具備光纖傳感器的全部?jī)?yōu)點(diǎn)外．還具有在一根光纖內(nèi)集成多個(gè)傳感器復(fù)用的特點(diǎn)，并可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量功能。 1．2 光纖布拉格光柵原理 光纖布拉格光柵通常滿足布拉格條件 式中，λB為Brag

光纖光柵是一種新型的光無(wú)源器件，它通過(guò)在光纖軸向上建立周期性的折射率分布來(lái)改變或控制光在該區(qū)域的傳播行為和方式。其中，具有納米級(jí)折射率分布周期的光纖光柵稱為光纖布喇格光柵（即FBG，若非特別聲明，下文中的光纖光柵均指光纖布喇格光柵）。光纖光柵因具有制作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、體積小、抗電磁干擾、使用靈活、易于同光纖集成及可構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于光傳感領(lǐng)域。 經(jīng)過(guò)近十幾年來(lái)的研究，光纖光柵的傳感機(jī)理己基本探明，用于測(cè)量各種物理量的多種結(jié)構(gòu)光纖光柵傳感器己被制作出來(lái)。目前，光纖光柵傳感器可以檢測(cè)的物理量包括溫度、應(yīng)變、應(yīng)力、位移、壓強(qiáng)、扭角、扭知(扭應(yīng)力)、加速度、電流、電壓、磁場(chǎng)、頻率及濃度等。 由于裸的光纖光柵直徑只有 ，在惡劣的工程環(huán)境中容易損傷，只有對(duì)其進(jìn)行保護(hù)性的封裝(如埋入襯底材料中)，才能賦子光纖光柵更穩(wěn)定的性能，延長(zhǎng)其壽命傳感器才能交付使用。同時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)封裝的結(jié)構(gòu)，選用不同的封裝材料，可以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，應(yīng)力和溫度的增敏等功能，這類“功能型封裝”的研究正逐漸受到重視。 1、 溫度減敏和補(bǔ)償封裝 由于光纖光柵對(duì)應(yīng)力和溫度的交叉敏感性，在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常在應(yīng)力傳感光柵附近串聯(lián)或并聯(lián)一個(gè)參考光柵，用于消除溫度變化的影響。這種方法需要消耗更多的光柵，增加了傳感系統(tǒng)的成本。若用熱膨脹系數(shù)極小且對(duì)溫度不敏感的材料對(duì)光纖光柵進(jìn)行封裝，將很大程度上減小溫度對(duì)應(yīng)力測(cè)量精確性的影響。 另外，采用具有負(fù)溫度系數(shù)的材料進(jìn)行封裝或設(shè)計(jì)反饋式機(jī)構(gòu)，可以對(duì)光纖光柵施加一定應(yīng)力，以補(bǔ)償溫度導(dǎo)致的布喇格波長(zhǎng)的漂移，使 的值趨近于0。對(duì)于封裝的光纖布喇格光柵而言，其波長(zhǎng)漂移 與應(yīng)變 和溫度變化

摘要：概述光纖光柵傳感器的基本原理及實(shí)際應(yīng)用，介紹了光纖光柵傳感器在地球動(dòng)力學(xué)、航天器及船舶航運(yùn)、民用工程結(jié)構(gòu)、電力工業(yè)、醫(yī)學(xué)、和化學(xué)傳感中的應(yīng)用。 一、前言 1978 年加拿大渥太華通信研究中心的K·O·Hill等人首次在摻鍺石英光纖中發(fā)現(xiàn)光纖的光敏效應(yīng)，并采用駐波寫(xiě)入法制成世界上第一根光纖光柵。19，美 國(guó)聯(lián)合技術(shù)研究中心的G·Meltz等人實(shí)現(xiàn)了光纖Bragg光柵(FBG)的UV激光側(cè)面寫(xiě)入技術(shù)，使光纖光柵的制作技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破性進(jìn)展。隨著光纖光 柵制造技術(shù)的不斷完善，其應(yīng)用的成果日益增多，從光纖通信、光纖傳感到光計(jì)算和光信息處理的整個(gè)領(lǐng)域都將由于光纖光柵的實(shí)用化而發(fā)生革命性的變化，光纖光 柵技術(shù)是光纖技術(shù)中繼摻鉺光纖放大器(EDFA)技術(shù)之后的又一重大技術(shù)突破。 光 纖光柵是利用光纖中的光敏性制成的。所謂光纖中的光敏性是指激光通過(guò)摻雜光纖時(shí)，光纖的折射率將隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)變化的特性。而在纖芯內(nèi)形成的空 間相位光柵，其實(shí)質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。利用這一特性可制造出許多性能獨(dú)特的光纖器件，它們都具有反射帶寬范圍大、 附加損耗小、體積小，易與光纖耦合，可與其它光器件兼容成一體，不受環(huán)境塵埃影響等一系列優(yōu)異性能。 光 纖光柵的種類很多，主要分兩大類：一是Bragg光柵(也稱為反射或短周期光柵)，二是透射光柵(也稱為長(zhǎng)周期光柵)。光纖光柵從結(jié)構(gòu)上可分為周期性結(jié)構(gòu) 和非周期性結(jié)構(gòu)，從功能上還可分為濾波型光柵和色散補(bǔ)償型光柵；其中，色散補(bǔ)償型光柵是非周期光柵，又稱為啁啾光柵(chirp光柵)。目前光纖光柵的應(yīng) 用主要集中在光纖通信領(lǐng)域和光纖傳感

直線位移光柵傳感器數(shù)顯系統(tǒng)主要應(yīng)用于直線移動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)或精密位移的測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)量的高精度顯示和自動(dòng)控制，已廣泛應(yīng)用于機(jī)床加工和儀器的精密測(cè)量。目前該產(chǎn)品已形成多種系列，品種齊全，制作精巧，精密技術(shù)，可供不同規(guī)格的各類機(jī)床、儀器數(shù)字化改造選用，還可根據(jù)用戶的特殊需要進(jìn)行特殊制作。配套相應(yīng)的數(shù)顯系統(tǒng)可以用于車(chē)床改造、銑床改造、鏜床改造、磨床改造、火花機(jī)改造、鉆床改造、線切割改造、坐標(biāo)測(cè)量、投影測(cè)量等D-KB-50光柵測(cè)微傳感器，是以高精度光柵作為檢測(cè)元件的精密測(cè)量裝置。與數(shù)顯表配套，組成高精度數(shù)字化測(cè)量?jī)x器?？梢源鏅C(jī)械式千分表、扭簧比較儀、深度尺、電感測(cè)位移和精密量塊，配以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換器，可將溫度、壓力、硬度、重量等參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。用于自動(dòng)化大生產(chǎn)中在線監(jiān)測(cè)及精密儀器的位置檢測(cè)。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量值數(shù)字化顯示，精度高，穩(wěn)定可靠，讀數(shù)直觀準(zhǔn)確。亦可把測(cè)量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)打印出測(cè)量數(shù)據(jù)或繪出曲線。 光柵測(cè)微傳感器主要用于高精度測(cè)量。使用時(shí)除保證環(huán)境條件外，正確的安裝與使用不僅保證測(cè)量精度，還能延長(zhǎng)使用壽命。光柵測(cè)微傳感器正確安裝位置是測(cè)桿朝下或水平放置。安裝固定方式有兩種：①以螺釘固定，固定孔中心距為22±0.2mm。②以①15軸夾緊。安裝固定后，測(cè)桿中心線垂直于被測(cè)工件。 使用時(shí)，測(cè)頭接觸基面，數(shù)顯表清零，輕輕提起測(cè)桿，當(dāng)測(cè)頭接觸被測(cè)工件表面時(shí)，數(shù)顯表顯示值就是測(cè)量值。切忌快推或快速釋放測(cè)桿，以免損壞光柵或因撞擊影響傳感器精度。 直線位移光柵傳感器故障分析處理，光柵測(cè)微傳感器與數(shù)顯表對(duì)接后，數(shù)顯表不顯示。 故障原因： ①電源未接通（保險(xiǎn)絲熔斷）②傳感器輸出插頭與數(shù)顯表插座接觸不良：上述檢

         作者Email: hongxinglu600010@sina.com    概述光纖光柵傳感器的基本原理及實(shí)際應(yīng)用，介紹了光纖光柵傳感器在地球動(dòng)力學(xué)、航天器及船舶航運(yùn)、民用工程結(jié)構(gòu)、電力工業(yè)、醫(yī)學(xué)、和化學(xué)傳感中的應(yīng)用。    一、 前言     1978年加拿大渥太華通信研究中心的K·O·Hill等人首次在摻鍺石英光纖中發(fā)現(xiàn)光纖的光敏效應(yīng)，并采用駐波寫(xiě)入法制成世界上第一根光纖光柵。1989年，美國(guó)聯(lián)合技術(shù)研究中心的G·Meltz等人實(shí)現(xiàn)了光纖Bragg光柵(FBG)的UV激光側(cè)面寫(xiě)入技術(shù)，使光纖光柵的制作技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破性進(jìn)展。隨著光纖光柵制造技術(shù)的不斷完善，其應(yīng)用的成果日益增多，從光纖通信、光纖傳感到光計(jì)算和光信息處理的整個(gè)領(lǐng)域都將由于光纖光柵的實(shí)用化而發(fā)生革命性的變化，光纖光柵技術(shù)是光纖技術(shù)中繼摻鉺光纖放大器(EDFA)技術(shù)之后的又一重大技術(shù)突破。     光纖光柵是利用光纖中的光敏性制成的。所謂光纖中的光敏性是指激光通過(guò)摻雜光纖時(shí)，光纖的折射率將隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)變化的特性。而在纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，其作用的實(shí)質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。利用這一特性可制造出許多性能獨(dú)特的光纖器件。這些器件具有反射帶寬范圍大、附加損耗小、體積小，易與光纖耦合，可與其它光器件兼容成一體，不受環(huán)境塵埃影響等一系列優(yōu)異性能。光纖光柵的種類很多

              摘要：提出了一種基于AT89C51單片機(jī)開(kāi)發(fā)的光柵位移傳感器對(duì)線性位移進(jìn)行測(cè)量的方法。其硬件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集、辨向、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示。把讀數(shù)頭輸出的信號(hào)（脈沖電信號(hào)），經(jīng)過(guò)硬件電路辨向，送入計(jì)數(shù)器8253計(jì)數(shù)，利用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，最終轉(zhuǎn)換成實(shí)際的線性位移值顯示出來(lái)。與其他系統(tǒng)相比，他的硬件電路簡(jiǎn)單，并能實(shí)現(xiàn)較高的位移測(cè)量精度。 關(guān)鍵詞：光柵位移傳感器；光柵；單片機(jī)；細(xì)分與辨向電路 光柵作為精密測(cè)量的一種工具，由于他本身具有的優(yōu)點(diǎn)，已在精密儀器、坐標(biāo)測(cè)量、精確定位、高精度精密加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［1，2］。光柵測(cè)量技術(shù)是以光柵相對(duì)移動(dòng)所形成的莫爾條紋信號(hào)為基礎(chǔ)的，對(duì)此信號(hào)進(jìn)行一系列的處理，即可獲得光柵相對(duì)移動(dòng)的位移量［3］。將光柵位移傳感器與微電子技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行線性位移量的測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量精度。本文采用光柵作為傳感元件，經(jīng)接收元件后變?yōu)橹芷谛宰兓碾娦盘?hào)（近似正弦信號(hào)），采用邏輯辨向電路區(qū)別位移的正反向，利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示結(jié)果。軟件采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。1硬件電路本設(shè)計(jì)的硬件電路主要由單片機(jī)89C51、計(jì)數(shù)器8253、細(xì)分與辨向電路、信號(hào)變換電路和光柵位移傳感器組成。如圖1所示。1．1光柵位移傳感器 光柵位移傳感器包括以下幾部分：光柵；光柵光學(xué)組成。光柵光學(xué)系統(tǒng)的作用是形成莫爾條紋；光電接受系統(tǒng)。光電接受系統(tǒng)是由光敏元件組成，他將莫爾條紋的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成

1 引 言 光纖光柵(FBG)傳感器通過(guò)波長(zhǎng)編碼傳感信號(hào)，可用于應(yīng)力、應(yīng)變或溫度等諸多物理量的傳感測(cè)量，因而受到重視[1，2]。FBG傳感器常用的解調(diào)方法有匹配濾波法、線性濾波器法、非平衡馬赫澤德干涉法[3]和可調(diào)諧F-P腔法[4，5]。其中，線性濾波解調(diào)方法對(duì)傳輸損失及光源波動(dòng)引起的變化不敏感，具有較好的線性輸出[6]，提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、便攜靈巧的傳感解調(diào)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)途徑。但由于系統(tǒng)耦合器的分束比變化、光纖雙折射及濾波器非線性都會(huì)影響測(cè)量精度，且分辨率較低，制約了線性濾波法FBG傳感器解調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用。 FBG傳感器的一個(gè)主要應(yīng)用是埋于智能結(jié)構(gòu)[7]，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力、變形、振動(dòng)和壓力等參數(shù)監(jiān)測(cè)，這就需要傳感器解調(diào)系統(tǒng)可工作于戶外，具有體積小、便于攜帶等特點(diǎn)。然而目前多數(shù)FBG傳感器解調(diào)系統(tǒng)以PC機(jī)作為系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示的主要單元，體積大、結(jié)構(gòu)笨重和不適宜野外作業(yè)。 本文介紹的FBG解調(diào)系統(tǒng)所用線性濾波器是波分復(fù)用器(WDM)采用高精度24位∑-△A/D轉(zhuǎn)換模塊確保信號(hào)采集精度，提高動(dòng)態(tài)范圍，采用自校準(zhǔn)的方法消除兩路模擬電路差異以及濾波器非線性的影響，從軟件上優(yōu)化系統(tǒng)性能。單片機(jī)ADUC847實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸、電路校準(zhǔn)及系統(tǒng)智能化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該系統(tǒng)高精度、便攜帶的特點(diǎn)。 2 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu) 用線性濾波法實(shí)現(xiàn)FBG傳感器波長(zhǎng)解調(diào)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)3 dB耦合器進(jìn)入傳感FBG。由FBG反射后形成窄帶光譜，通過(guò)線性濾波器得到兩路出射光功率與波長(zhǎng)有關(guān)的光信號(hào)。光電探測(cè)器PIN將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)入信號(hào)采集處理電路提取有用信號(hào)，并由單片機(jī)控制系統(tǒng)

引言目前在精密機(jī)加工和數(shù)控機(jī)庫(kù)中采用的精密位稱數(shù)控系統(tǒng)框圖如圖1所示。 隨著電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，光柵傳感器在位移測(cè)量系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，并逐步向智能化方向轉(zhuǎn)化。 圖2是利用光柵傳感器構(gòu)成的位移量自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)原理示意圖。該系統(tǒng)采用光柵移動(dòng)產(chǎn)生的莫爾條紋與電子電路以及單片機(jī)相結(jié)合來(lái)完成對(duì)位移量的自動(dòng)測(cè)量，它具有判別光柵移動(dòng)方向、預(yù)置初值、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位控制及過(guò)限報(bào)警、自檢和掉電保護(hù)以及溫度誤差修正等功能。下面對(duì)該系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計(jì)思想作以介紹。2 電子細(xì)分與判向電路光柵測(cè)量位移的實(shí)質(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)準(zhǔn)尺子對(duì)位稱量進(jìn)行測(cè)量。目前高分辯率的光柵尺一般造價(jià)較貴，且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辯率，需要對(duì)莫爾條紋進(jìn)行細(xì)分，本系統(tǒng)采用了電子細(xì)分方法。當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時(shí)，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會(huì)產(chǎn)生莫爾條紋，隨著光柵的移動(dòng)，莫爾條紋也隨之上下移動(dòng)。這樣就把對(duì)光柵柵距的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)莫爾條紋個(gè)數(shù)的測(cè)量，同量莫爾條紋又具有光學(xué)放大作用，其放大倍數(shù)為 (1) 式中：W為莫爾條紋寬度；d為光柵柵距（節(jié)距）；θ為兩塊光柵的夾角，rad在一個(gè)莫爾條紋寬度內(nèi)，按照一定間隔放置4個(gè)光電器件就能實(shí)現(xiàn)電子細(xì)分與羊向功能。本系統(tǒng)采用的光柵尺柵線為50線對(duì)/mm，其光柵柵距為0.02mm，若采用四細(xì)分后便可得到分辯率為5μm的計(jì)數(shù)脈沖，這在一般工業(yè)測(cè)控中已達(dá)到了很高精度。由于位移是一個(gè)矢量，即要檢測(cè)其大小，又要檢測(cè)其方向，因此至少需要兩路相位不同的光電信號(hào)。為了消除共模干擾、直流分量和偶次諧波，我們采用了由低漂移運(yùn)放構(gòu)成的差分放大器。由4個(gè)滏電器件獲得的4路光電信號(hào)

摘要：提出了一種基于AT89C51單片機(jī)開(kāi)發(fā)的光柵位移傳感器對(duì)線性位移進(jìn)行測(cè)量的方法。其硬件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集、辨向、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示。把讀數(shù)頭輸出的信號(hào)（脈沖電信號(hào)），經(jīng)過(guò)硬件電路辨向，送入計(jì)數(shù)器8253計(jì)數(shù)，利用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，最終轉(zhuǎn)換成實(shí)際的線性位移值顯示出來(lái)。與其他系統(tǒng)相比，他的硬件電路簡(jiǎn)單，并能實(shí)現(xiàn)較高的位移測(cè)量精度。 關(guān)鍵詞：光柵位移傳感器；光柵；單片機(jī)；細(xì)分與辨向電路 光柵作為精密測(cè)量的一種工具，由于他本身具有的優(yōu)點(diǎn)，已在精密儀器、坐標(biāo)測(cè)量、精確定位、高精度精密加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［1，2］。光柵測(cè)量技術(shù)是以光柵相對(duì)移動(dòng)所形成的莫爾條紋信號(hào)為基礎(chǔ)的，對(duì)此信號(hào)進(jìn)行一系列的處理，即可獲得光柵相對(duì)移動(dòng)的位移量［3］。將光柵位移傳感器與微電子技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行線性位移量的測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量精度。本文采用光柵作為傳感元件，經(jīng)接收元件后變?yōu)橹芷谛宰兓碾娦盘?hào)（近似正弦信號(hào)），采用邏輯辨向電路區(qū)別位移的正反向，利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示結(jié)果。軟件采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 1硬件電路 本設(shè)計(jì)的硬件電路主要由單片機(jī)89C51、計(jì)數(shù)器8253、細(xì)分與辨向電路、信號(hào)變換電路和光柵位移傳感器組成。如圖1所示。 1．1光柵位移傳感器 光柵位移傳感器包括以下幾部分：光柵；光柵光學(xué)組成。光柵光學(xué)系統(tǒng)的作用是形成莫爾條紋；光電接受系統(tǒng)。光電接受系統(tǒng)是由光敏元件組成，他將莫爾條紋的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，本系統(tǒng)采用的光敏元件是4個(gè)硅光電池。 1．2信號(hào)變換電路 信號(hào)變換就是將由光敏元件輸出的正弦電信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)。本文中采用的比較器LM339，來(lái)自光柵的莫爾條紋照到光敏元

光纖光柵傳感器是一種基于光纖光柵技術(shù)的傳感器，它可以測(cè)量物理量，如溫度、應(yīng)變、壓力和振動(dòng)等。隨著科技的發(fā)展，光纖光柵傳感器的發(fā)展也越來(lái)越迅速。本文將從以下幾個(gè)方面介紹光纖光柵傳感器的發(fā)展趨勢(shì)：一、 光纖光柵傳感器的分類光纖光柵傳感器SN65HVD3082EDR根據(jù)其傳感原理和應(yīng)用領(lǐng)域不同，可以分為很多類別。其中，按照傳感原理不同，主要分為兩類：光纖光柵光譜傳感器：通過(guò)測(cè)量光纖光柵中回波光譜的變化來(lái)檢測(cè)物理量的變化。例如，利用光纖光柵光譜傳感器可以測(cè)量溫度、應(yīng)變等物理量。光纖光柵干涉?zhèn)鞲衅鳎和ㄟ^(guò)測(cè)量光纖光柵中干涉信號(hào)的變化來(lái)檢測(cè)物理量的變化。例如，利用光纖光柵干涉?zhèn)鞲衅骺梢詼y(cè)量壓力、振動(dòng)等物理量。按照應(yīng)用領(lǐng)域不同，光纖光柵傳感器可以分為以下幾類：工業(yè)領(lǐng)域：應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的各種機(jī)器設(shè)備、工藝流程和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)等方面。例如，利用光纖光柵傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的應(yīng)變、溫度、壓力等物理量的測(cè)量。氣象、海洋領(lǐng)域：應(yīng)用于氣象、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和天氣預(yù)報(bào)等方面。例如，利用光纖光柵傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋中水溫、水壓、海浪等物理量的測(cè)量。醫(yī)療領(lǐng)域：應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)測(cè)和診斷等方面。例如，利用光纖光柵傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的心率、體溫、呼吸等生理參數(shù)的測(cè)量。能源領(lǐng)域：應(yīng)用于石油、天然氣、核能等能源生產(chǎn)和輸送過(guò)程的監(jiān)測(cè)和控制。例如，利用光纖光柵傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油井壓力、油管泄漏等物理量的測(cè)量。其他領(lǐng)域：應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的研究和實(shí)驗(yàn)，如科學(xué)研究、航空航天、交通運(yùn)輸?shù)?。二?光纖光柵傳感器的發(fā)展歷程光纖光柵傳感器是基于光纖光柵技術(shù)的一種傳感器，它的發(fā)展歷程如下：1980年代初：光纖光柵傳感器的發(fā)展始于20世

摘要：本文從理論上介紹了布喇格光柵傳感器傳感原理及交叉敏感問(wèn)題的物理機(jī)制，并針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)這一復(fù)雜環(huán)境的內(nèi)部應(yīng)變，提出了一種解決交叉敏感問(wèn)題的新穎方案。 關(guān)鍵詞：橋梁；光纖光柵；交叉敏感；應(yīng)力應(yīng)變；溫度 中圖分類號(hào)：TP212.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 一、引言 橋梁是土木工程中重要的一類，其安全性和耐久性日益受到人們的關(guān)注。及時(shí)正確把握橋梁內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變，可實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況的長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并為將來(lái)對(duì)其損傷狀況的評(píng)估提供依據(jù)。光纖光柵傳感器克服了傳統(tǒng)電類器件的缺陷［1］，以其監(jiān)測(cè)精度高、重復(fù)性好和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，為橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)提供了良好的技術(shù)手段。從1993年加拿大多倫多大學(xué)的研究者率先在卡爾加里的貝丁頓特雷爾橋上布置光纖傳感器進(jìn)行橋梁監(jiān)測(cè)至今[2]，光纖光柵傳感技術(shù)已廣泛應(yīng)用在橋梁等重大土木工程的監(jiān)測(cè)中。國(guó)內(nèi)目前也已開(kāi)始在橋梁監(jiān)測(cè)中應(yīng)用光纖光柵傳感技術(shù)，如?？谑兰o(jì)大橋、巴東長(zhǎng)江大橋等。 但是光纖光柵傳感器對(duì)溫度和應(yīng)變都是敏感的，即溫度、應(yīng)力均能引起布拉喇光柵中心波長(zhǎng)的漂移，這就是交叉敏感。在進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量時(shí)，很多情況下往往是忽略了溫度的影響，但是在精確的測(cè)量中，需采用有效手段來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。 二、光纖Bragg光柵傳感原理 [2][3] 布喇格光柵是光纖纖芯折射率受到周期性調(diào)制的光柵。通常的光會(huì)全部穿過(guò)布喇格光柵而不受影響，只有滿足布喇格條件的光在布喇格光柵處反射后會(huì)再返回到原來(lái)的方向。由耦合模理論(CMT)[2]可知，光纖布喇格光柵（FBG）的Bragg波長(zhǎng)為： 式中，lB—布喇格波長(zhǎng)； L—為光柵周期； neff—光纖模式的有效折射率。 由(1)式可以看出，Br

隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，光通信中的一些技術(shù)逐漸為傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了技術(shù)平臺(tái)，光纖光柵就是其中之一。以光纖光柵技術(shù)為基礎(chǔ)的光纖光柵傳感器正成為傳感器研究領(lǐng)域中的又一大熱點(diǎn)。同傳統(tǒng)的電傳感器相比，光纖光柵傳感器在傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中具有非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)： 1．可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)。由于光纖光柵對(duì)被感測(cè)信息用波長(zhǎng)編碼，而波長(zhǎng)是一種絕對(duì)參量，它不受光源功率波動(dòng)以及光纖彎曲等因素引起的系統(tǒng)損耗的影響，因而光纖光柵傳感器具有非常好的可靠性和穩(wěn)定性； 2．傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，適于各種應(yīng)用場(chǎng)合，尤其適合于埋入材料內(nèi)部構(gòu)成所謂的智能材料或結(jié)構(gòu)； 3．抗電磁干擾、抗腐蝕、能在惡劣的化學(xué)環(huán)境下工作； 4．可復(fù)用性強(qiáng)，采用多個(gè)光纖光柵傳感器，可以構(gòu)成分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)。 國(guó)外對(duì)光纖光柵傳感器的研究已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了光纖光柵傳感器的商品化，工程化，如BlueRoadResearch、CiDRA、MOI等。國(guó)內(nèi)在光纖光柵傳感器方面的研究工作也取得了一定成果，其中一部分已經(jīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，如上海紫珊光電技術(shù)有限公司、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)及黑龍江大學(xué)等。

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