第16卷 第3期 武汉科技学院学报 Vol.16 No.3
光纤光栅传感器原理及应用戎小戈1，章献民2
（1 广西师范大学 物理与电子科学系，广西 桂林 541004；2. 浙江大学 信息与电子工程学系，浙江 杭州 310027）
摘要：考察光纤光栅传感器领域的发展和最新研究动态，概述光纤光栅传感器的基本原理及实际应用，尤其
是民用工程建筑上的应用，指出光纤光栅传感器可能应用的新领域，并提出光纤光栅在传感应用中需要考虑
的几个问题。
关键词：光纤光栅；传感器；智能结构
中图分类号：TN253; TH741.6 文献标识码：A 文章编号：1009－5160（2003）－0042－04
1978年加拿大渥太华通信研究中心的K．O．Hill等人首次在掺锗石英光纤中发现光纤的光敏效应，并采用驻波写入法制成世界上第一根光纤光栅。1989年，美国联合技术研究中心的G．Meltz等人实现了光纤Bragg光栅（FBG）的UV激光侧面写入技术，使光纤光栅的制作技术实现了突破性进展。随着光纤光栅制造技术的不断完善，其应用的成果日益增多，从光纤通信、光纤传感到光计算和光信息处理的整个领域都将由于光纤光栅的实用化而发生革命性的变化，光纤光栅技术是光纤技术中继掺铒光纤放大器（EDFA）技术之后的又一重大技术突破。
光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。所谓光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性。而在纤芯内形成的空间相位光栅，其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。这些器件具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，易与光纤耦合，可与其它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优异性能。光纤光栅的种类很多，主要分两大类：一是Ｂｒａｇｇ光栅（也称为反射或短周期光栅）；二是透射光栅（也称为长周期光栅）。光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构，从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅，色散补偿型光栅是非周期光栅，又称为啁啾光栅（ｃｈｉｒｐ光栅）。目前光纤光栅的应用主要集中在光纤通信领域和光纤传感器领域。
在光纤传感器领域，光纤光栅传感器的应用前景十分广阔。由于光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、尺寸小（标准裸光纤为125μｍ）、重量轻、耐温性好（工作温度上限可达400℃~600℃）、复用能力强、传输距离远（传感器到解调端可达几公里）、耐腐蚀、高灵敏度、无源器件、易形变等优点，早在1988年就成功地在航空、航天领域中作为有效的无损检测技术，同时光纤光栅传感器还可应用于化学医药、材料工业、水利电力、船舶、煤矿等各个领域，还在土木工程领域（如建筑物、桥梁、水坝、管线、隧道、容器、高速公路、机场跑道等）的混凝土组件和结构中，测定其结构的完整性和内部应变状态，从而建立灵巧结构，并进一步实现智能建筑。本文对光纤光栅传感器的原理及应用作简单介绍。
1 光纤光栅传感器的工作原理
1.1 光纤 Bragg光栅传感器的工作原理
我们知道，光栅的Bragg波长λB由下式决定：
第3期 戎小戈，等：光纤光栅传感器原理及应用 43 λB=2nΛ （１）
式中,n为芯模有效折射率，Λ为光栅周期。当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变或其它物理量发生变化时，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化，通过测量物理量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况。温度、应力和应变的变化引起的漂移可表示为：
∆λBn2=2n⋅Λ1−[P12−ν(P11+P122)]⋅εdn+2n⋅Λα+⋅∆T (2) n⋅dt
式中，ε为外加应变，ν为横向形变系数（泊松比），Pij为光弹性张量的普克尔压电系数， α为光纤材料的热膨胀系数，∆T为温度变化量。
如利用磁场诱导的左右旋极化波的折射率变化不同，可实现对磁场的直接测量。磁场诱导的折射率变化为：
nr−nl=Vd⋅H⋅λ (3) 2π
式中，Vd 为Vcrdct 常数， H为被测磁场， λ为工作波长。又由：
λBr=2nr⋅Λ (4) λBl=2nl⋅Λ (5) 通过测定λB的漂移，就可得到H的变化信息。
此外，通过特定的技术，可实现对应力和温度的分别测量，也可同时测量。通过在光栅上涂敷特定的功能材料（如压电材料），还可实现对电场等物理量的间接测量。
1.2 啁啾光纤光栅传感器的工作原理
上面介绍的光栅传感器系统，光栅的几何结构是均匀的，对单参数的定点测量很有效，但在需要同时测量应变和温度或者测量应变或温度沿光栅长度的分布时，就显得力不从心。一种较好的方法就是采用啁啾光纤光栅传感器。
啁啾光纤光栅由于其优异的色散补偿能力而应用在高比特远程通信系统中。与光纤 Bragg光栅传感器的工作原理基本相同，在外界物理量的作用下啁啾光纤光栅除了∆λB的变化外，还会引起光谱的展宽。这种传感器在应变和温度均存在的场合是非常有用的，啁啾光纤光栅由于应变的影响导致了反射信号的拓宽和峰值波长的位移，而温度的变化则由于折射率的温度依赖性（dn/dT）仅影响重心的位置。通过同时测量光谱位移和展宽，就可以同时测量应变和温度。
1.3 长周期光纤光栅（LPG）传感器的工作原理
长周期光纤光栅（LPG）的周期一般认为有数百微米，长度大约为1~30ｃｍ，折射率调制深度＜＜10−4。LPG在特定的波长上把纤芯的光耦合进包层：
iλi=no−nclad⋅Λ (6)
i式中，no为纤芯的折射率，nclad为i阶轴对称包层模的有效折射率。光在包层中将由于包层／空气界()
面的损耗而迅速衰减，留下一串损耗带。一个独立的LPG可能在一个很宽的波长范围上有许多的共振，LPG共振的中心波长主要取决于芯和包层的折射率差，由应变、温度或外部折射率变化而产生的任何变化都能
44 武汉科技学院学报 2003年 在共振中产生大的波长位移，通过检测λLPG在给定波长上的共振ｉ，就可获得外界物理量变化的信息。
带的响应通常有不同的幅度，因而LPG适用于多参数传感器。
2 光纤光栅传感器的应用
2.1 智能材料和结构
在材料和结构的制造过程中，将传感元件和驱动元件埋入其中，比如将光纤光栅传感器嵌入到环氧树脂光纤复合材料中，这里的传感器首先用作复合材料制造期间的固化监测，此后形成材料的光纤神经作为应变传感器，对结构的状态参数，如应变、温度、损伤程度等进行实时测量，从而监测结构的健康状况，或者利用反馈操作机构（驱动元件）控制应力、振动状态或结构形状，由此可保证结构的安全运行并始终工作在最佳状态。这种结构具有一定的“智能”，故称为智能结构（灵巧结构）。
这方面的研究工作已进行了数年，是国际上的一个研究热点。目前在航天飞机的叶轮片、翼梁、船体、复合结构管道样品的实验室测试中证明是成功的，并已成功地用于McDonnell Douglass DC-X 轨道卫星。
2.2 民用结构
光纤光栅传感器的复用阵列可广泛地用于民用结构中，包括桥梁、水坝、管线、隧道、矿场、核存储容器、天然气压力罐、建筑物、道路等。传感器可外加于结构表面或嵌入混凝土结构中，用于水泥构件中钢筋预应力检测、构件中典型梁应变的检测和钢筋腐蚀的检测等。比如，国外一个实用的光纤光栅传感器系统中，把光纤光栅传感头贴于工字梁的上、下和中间，钢梁长３６ｍ，七根梁上共贴有６７个光栅，用于测量梁的应变，再用Ｆ－Ｐ光纤干涉仪检测光栅中的波长位移。Ｆ－Ｐ的自由谱区为４５ｎｍ，可对１６个光栅传感器进行检测，每个相应于２．７ｎｍ。该系统已在实际运行。再如，国外用于民用矿井的光纤光栅传感器和传感系统可于测量压力、位移、应变和温度，其压力测量范围为（１０～５０）×１０5Ｐａ ，准确度为０．１５％；应变测量范围为０～１２０００μｅ，灵敏度为３．１μｅ，误差 ＜＜１０μｅ；温度测量范围为０～１００℃，灵敏度为０．１６～０．２３℃。
在民用建筑领域，嵌入式传感器的应用可分为三个方面：
（１） 用于结构监测和损坏检测。光纤光栅传感器被嵌入混凝土结构组件，诸如梁架、圆柱、弧形平板和其它形状组件中，对混凝土中的应力、应变、弯曲、固化、裂缝和滑坍等进行实时监测，同时还可测量结构体的位移、倾斜和弯曲。
（２） 进行实验应力分析。由于光纤可制成灵敏的、多用途的传感器，用于在实验研究中测量结构成员的力学性能，利用这些信息，可确定更精确的设计因素，使结构设计更安全，建设费用更经济。这对形状复杂，难于获得分析解的结构和组件特别有用。比如利用光纤传感器网嵌入机场跑道，检测飞机起飞和着陆期间跑道道面的应力。用这种形式获得的二维应力分布图，对道面的重新设计和维护都是有用的。
（３） 是对系统和服务设施的管理和控制。这主要考虑建筑物服务设施，如供暖、空调、电分布和消耗、保安、火警等，利用光纤传感器监测适当参量的工作状态，可使它们工作在更安全、更有效和更经济的状态下，以便于构成“灵巧建筑”。
2.3 光纤光栅传感网络
光纤光栅的主要优点之一就是构成传感网络。光纤光栅传感网络的主要结构形式是：波分复用（WDM）、时分复用（TDM）和空分复用（SDM），以及由这几种复用结合而成的复杂传感网络：TDM＋SDM、WDM＋SDM、SDM＋WDM＋TDM等。
2.4 其它应用
在电力工业和电厂应用中，光纤光栅传感器有着无可比拟的优势。因为光纤光栅传感器是一种介质，具有抗电磁干扰能力强的优点，能在许多电传感器无法使用的场合，如变压器、发电机、马达等设备中发挥作用。还可作为测量供电线弯曲及电线塔、电机负载等的传感网
在其它领域，光纤光栅传感器还可在气体管道、自来水管道及化学工业中发挥重要作用。如果光纤光栅传感器及其辅助设备的成本能接近电传感器的水平，新的应用领域将会不断出现。尽管光纤光栅传感器价格昂贵，但其复用能力却可降低每个测量点的成本。
第3期 戎小戈，等：光纤光栅传感器原理及应用 45 2.5 光纤光栅在传感应用中需要解决的几个实际问题
光纤光栅的制造成本和可靠性制约着它的大规模应用，使得光纤光栅传感器技术的发展和实用化较为缓慢，例如，对波长位移的检测需用较复杂的技术和较昂贵的仪器或光纤器件，需要大功率的宽带光源或可调谐光源，其检测的分辨率和动态范围也受到一定限制等。因此除了制约光纤光栅在传感领域大规模应用的成本价格因素外，光纤光栅在传感领域的应用中还需要解决以下几个实际问题：（1）波长微小偏移的检测；（2）高功率、宽光谱光源获得；（3）光检测器波长分辨率的提高；（4）光纤光栅对不同传感量交叉敏感的消除；（5）光纤光栅封装技术的提高；（6）光纤光栅寿命及可靠性的提高等。只有在各相关领域的研究都达到一定的高度后，光纤光栅传感器的大规模实用才成为现实。
3 结论
光纤光栅传感器可以用于应力、应变或温度等物理量的传感测量，具有较高的灵敏度和测量范围。在光纤若干个部位写入不同栅距的光纤光栅，就可以同时测定若干部位相应物理量及其变化，实现准分布式光纤传感，其应用的前景非常广阔。目前对光纤光栅传感器的研究方向主要有三个方面：一是对传感器本身及能进行横向应变感测和高灵敏度、高分辨率、且能同时感测应变和温度变化的传感器研究；二是对光栅反射信号或透射信号分析和测试系统的研究，目标是开发低成本、小型化、可靠且灵敏的探测技术；三是光纤光栅传感器的实际应用研究，包括封装技术、温度补偿技术、传感器网络技术。
参考文献:
[1] Yun-Jiang Rao. In-fiber Bragg grating sensors[J]. Mcas.Sci.Technol, 1997,8: 355~375.
[2] 廖延彪. 光纤光学[M]. 北京：清华大学出版社, 2000.
[3] Putnam M A., Williams G M.. Friebele E J.. Fabrication of tapered,strain_gradient chirped fiber Bragg gratings[J]. Electron Lett,
1995, 31: 309.
[4] Udd E.. Fiber Optical Smart Structures[M]. John Wiley&Sons, 1995.
[5] Proceedingson OFS-13(13th International Conferenceon Optical Fiber Sensors)[Z]. Korea, 1999:285~291.
[6] Smart Sructures and Materials [J]. SPIE’s Proceedings, 2000, 4073:186~191.
[7] Applications of Optical-Fiber Sensors[J]. SPIE’s Proceedings, 2000, 4074: 361~366.
Principles and Applications of Fiber Grating Sensors
RONG Xiao-ge1, ZHANG Xian-min2
(1 Department of Physics and Electronic Science ,Guangxi Normal University, Guilin Guangxi 541004, China;
2 Department of Information and Electronic Eng., Zhejiang University , Hangzhou Zhejiang 310027, china）
Abstract：In this paper ,the recent research progress of fiber sensor was reviewed . summarizes the principles and the applications of fiber grating sensors and the applications of fiber grating sensors especially in engineering building . Key Words：fiber grating, sensor , smart structure
第16卷 第3期 武汉科技学院学报 Vol.16 No.3
光纤光栅传感器原理及应用戎小戈1，章献民2
（1 广西师范大学 物理与电子科学系，广西 桂林 541004；2. 浙江大学 信息与电子工程学系，浙江 杭州 310027）
摘要：考察光纤光栅传感器领域的发展和最新研究动态，概述光纤光栅传感器的基本原理及实际应用，尤其
是民用工程建筑上的应用，指出光纤光栅传感器可能应用的新领域，并提出光纤光栅在传感应用中需要考虑
的几个问题。
关键词：光纤光栅；传感器；智能结构
中图分类号：TN253; TH741.6 文献标识码：A 文章编号：1009－5160（2003）－0042－04
1978年加拿大渥太华通信研究中心的K．O．Hill等人首次在掺锗石英光纤中发现光纤的光敏效应，并采用驻波写入法制成世界上第一根光纤光栅。1989年，美国联合技术研究中心的G．Meltz等人实现了光纤Bragg光栅（FBG）的UV激光侧面写入技术，使光纤光栅的制作技术实现了突破性进展。随着光纤光栅制造技术的不断完善，其应用的成果日益增多，从光纤通信、光纤传感到光计算和光信息处理的整个领域都将由于光纤光栅的实用化而发生革命性的变化，光纤光栅技术是光纤技术中继掺铒光纤放大器（EDFA）技术之后的又一重大技术突破。
光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。所谓光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性。而在纤芯内形成的空间相位光栅，其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。这些器件具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，易与光纤耦合，可与其它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优异性能。光纤光栅的种类很多，主要分两大类：一是Ｂｒａｇｇ光栅（也称为反射或短周期光栅）；二是透射光栅（也称为长周期光栅）。光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构，从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅，色散补偿型光栅是非周期光栅，又称为啁啾光栅（ｃｈｉｒｐ光栅）。目前光纤光栅的应用主要集中在光纤通信领域和光纤传感器领域。
在光纤传感器领域，光纤光栅传感器的应用前景十分广阔。由于光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、尺寸小（标准裸光纤为125μｍ）、重量轻、耐温性好（工作温度上限可达400℃~600℃）、复用能力强、传输距离远（传感器到解调端可达几公里）、耐腐蚀、高灵敏度、无源器件、易形变等优点，早在1988年就成功地在航空、航天领域中作为有效的无损检测技术，同时光纤光栅传感器还可应用于化学医药、材料工业、水利电力、船舶、煤矿等各个领域，还在土木工程领域（如建筑物、桥梁、水坝、管线、隧道、容器、高速公路、机场跑道等）的混凝土组件和结构中，测定其结构的完整性和内部应变状态，从而建立灵巧结构，并进一步实现智能建筑。本文对光纤光栅传感器的原理及应用作简单介绍。
1 光纤光栅传感器的工作原理
1.1 光纤 Bragg光栅传感器的工作原理
我们知道，光栅的Bragg波长λB由下式决定：
第3期 戎小戈，等：光纤光栅传感器原理及应用 43 λB=2nΛ （１）
式中,n为芯模有效折射率，Λ为光栅周期。当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变或其它物理量发生变化时，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化，通过测量物理量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况。温度、应力和应变的变化引起的漂移可表示为：
∆λBn2=2n⋅Λ1−[P12−ν(P11+P122)]⋅εdn+2n⋅Λα+⋅∆T (2) n⋅dt
式中，ε为外加应变，ν为横向形变系数（泊松比），Pij为光弹性张量的普克尔压电系数， α为光纤材料的热膨胀系数，∆T为温度变化量。
如利用磁场诱导的左右旋极化波的折射率变化不同，可实现对磁场的直接测量。磁场诱导的折射率变化为：
nr−nl=Vd⋅H⋅λ (3) 2π
式中，Vd 为Vcrdct 常数， H为被测磁场， λ为工作波长。又由：
λBr=2nr⋅Λ (4) λBl=2nl⋅Λ (5) 通过测定λB的漂移，就可得到H的变化信息。
此外，通过特定的技术，可实现对应力和温度的分别测量，也可同时测量。通过在光栅上涂敷特定的功能材料（如压电材料），还可实现对电场等物理量的间接测量。
1.2 啁啾光纤光栅传感器的工作原理
上面介绍的光栅传感器系统，光栅的几何结构是均匀的，对单参数的定点测量很有效，但在需要同时测量应变和温度或者测量应变或温度沿光栅长度的分布时，就显得力不从心。一种较好的方法就是采用啁啾光纤光栅传感器。
啁啾光纤光栅由于其优异的色散补偿能力而应用在高比特远程通信系统中。与光纤 Bragg光栅传感器的工作原理基本相同，在外界物理量的作用下啁啾光纤光栅除了∆λB的变化外，还会引起光谱的展宽。这种传感器在应变和温度均存在的场合是非常有用的，啁啾光纤光栅由于应变的影响导致了反射信号的拓宽和峰值波长的位移，而温度的变化则由于折射率的温度依赖性（dn/dT）仅影响重心的位置。通过同时测量光谱位移和展宽，就可以同时测量应变和温度。
1.3 长周期光纤光栅（LPG）传感器的工作原理
长周期光纤光栅（LPG）的周期一般认为有数百微米，长度大约为1~30ｃｍ，折射率调制深度＜＜10−4。LPG在特定的波长上把纤芯的光耦合进包层：
iλi=no−nclad⋅Λ (6)
i式中，no为纤芯的折射率，nclad为i阶轴对称包层模的有效折射率。光在包层中将由于包层／空气界()
面的损耗而迅速衰减，留下一串损耗带。一个独立的LPG可能在一个很宽的波长范围上有许多的共振，LPG共振的中心波长主要取决于芯和包层的折射率差，由应变、温度或外部折射率变化而产生的任何变化都能
44 武汉科技学院学报 2003年 在共振中产生大的波长位移，通过检测λLPG在给定波长上的共振ｉ，就可获得外界物理量变化的信息。
带的响应通常有不同的幅度，因而LPG适用于多参数传感器。
2 光纤光栅传感器的应用
2.1 智能材料和结构
在材料和结构的制造过程中，将传感元件和驱动元件埋入其中，比如将光纤光栅传感器嵌入到环氧树脂光纤复合材料中，这里的传感器首先用作复合材料制造期间的固化监测，此后形成材料的光纤神经作为应变传感器，对结构的状态参数，如应变、温度、损伤程度等进行实时测量，从而监测结构的健康状况，或者利用反馈操作机构（驱动元件）控制应力、振动状态或结构形状，由此可保证结构的安全运行并始终工作在最佳状态。这种结构具有一定的“智能”，故称为智能结构（灵巧结构）。
这方面的研究工作已进行了数年，是国际上的一个研究热点。目前在航天飞机的叶轮片、翼梁、船体、复合结构管道样品的实验室测试中证明是成功的，并已成功地用于McDonnell Douglass DC-X 轨道卫星。
2.2 民用结构
光纤光栅传感器的复用阵列可广泛地用于民用结构中，包括桥梁、水坝、管线、隧道、矿场、核存储容器、天然气压力罐、建筑物、道路等。传感器可外加于结构表面或嵌入混凝土结构中，用于水泥构件中钢筋预应力检测、构件中典型梁应变的检测和钢筋腐蚀的检测等。比如，国外一个实用的光纤光栅传感器系统中，把光纤光栅传感头贴于工字梁的上、下和中间，钢梁长３６ｍ，七根梁上共贴有６７个光栅，用于测量梁的应变，再用Ｆ－Ｐ光纤干涉仪检测光栅中的波长位移。Ｆ－Ｐ的自由谱区为４５ｎｍ，可对１６个光栅传感器进行检测，每个相应于２．７ｎｍ。该系统已在实际运行。再如，国外用于民用矿井的光纤光栅传感器和传感系统可于测量压力、位移、应变和温度，其压力测量范围为（１０～５０）×１０5Ｐａ ，准确度为０．１５％；应变测量范围为０～１２０００μｅ，灵敏度为３．１μｅ，误差 ＜＜１０μｅ；温度测量范围为０～１００℃，灵敏度为０．１６～０．２３℃。
在民用建筑领域，嵌入式传感器的应用可分为三个方面：
（１） 用于结构监测和损坏检测。光纤光栅传感器被嵌入混凝土结构组件，诸如梁架、圆柱、弧形平板和其它形状组件中，对混凝土中的应力、应变、弯曲、固化、裂缝和滑坍等进行实时监测，同时还可测量结构体的位移、倾斜和弯曲。
（２） 进行实验应力分析。由于光纤可制成灵敏的、多用途的传感器，用于在实验研究中测量结构成员的力学性能，利用这些信息，可确定更精确的设计因素，使结构设计更安全，建设费用更经济。这对形状复杂，难于获得分析解的结构和组件特别有用。比如利用光纤传感器网嵌入机场跑道，检测飞机起飞和着陆期间跑道道面的应力。用这种形式获得的二维应力分布图，对道面的重新设计和维护都是有用的。
（３） 是对系统和服务设施的管理和控制。这主要考虑建筑物服务设施，如供暖、空调、电分布和消耗、保安、火警等，利用光纤传感器监测适当参量的工作状态，可使它们工作在更安全、更有效和更经济的状态下，以便于构成“灵巧建筑”。
2.3 光纤光栅传感网络
光纤光栅的主要优点之一就是构成传感网络。光纤光栅传感网络的主要结构形式是：波分复用（WDM）、时分复用（TDM）和空分复用（SDM），以及由这几种复用结合而成的复杂传感网络：TDM＋SDM、WDM＋SDM、SDM＋WDM＋TDM等。
2.4 其它应用
在电力工业和电厂应用中，光纤光栅传感器有着无可比拟的优势。因为光纤光栅传感器是一种介质，具有抗电磁干扰能力强的优点，能在许多电传感器无法使用的场合，如变压器、发电机、马达等设备中发挥作用。还可作为测量供电线弯曲及电线塔、电机负载等的传感网
在其它领域，光纤光栅传感器还可在气体管道、自来水管道及化学工业中发挥重要作用。如果光纤光栅传感器及其辅助设备的成本能接近电传感器的水平，新的应用领域将会不断出现。尽管光纤光栅传感器价格昂贵，但其复用能力却可降低每个测量点的成本。
第3期 戎小戈，等：光纤光栅传感器原理及应用 45 2.5 光纤光栅在传感应用中需要解决的几个实际问题
光纤光栅的制造成本和可靠性制约着它的大规模应用，使得光纤光栅传感器技术的发展和实用化较为缓慢，例如，对波长位移的检测需用较复杂的技术和较昂贵的仪器或光纤器件，需要大功率的宽带光源或可调谐光源，其检测的分辨率和动态范围也受到一定限制等。因此除了制约光纤光栅在传感领域大规模应用的成本价格因素外，光纤光栅在传感领域的应用中还需要解决以下几个实际问题：（1）波长微小偏移的检测；（2）高功率、宽光谱光源获得；（3）光检测器波长分辨率的提高；（4）光纤光栅对不同传感量交叉敏感的消除；（5）光纤光栅封装技术的提高；（6）光纤光栅寿命及可靠性的提高等。只有在各相关领域的研究都达到一定的高度后，光纤光栅传感器的大规模实用才成为现实。
3 结论
光纤光栅传感器可以用于应力、应变或温度等物理量的传感测量，具有较高的灵敏度和测量范围。在光纤若干个部位写入不同栅距的光纤光栅，就可以同时测定若干部位相应物理量及其变化，实现准分布式光纤传感，其应用的前景非常广阔。目前对光纤光栅传感器的研究方向主要有三个方面：一是对传感器本身及能进行横向应变感测和高灵敏度、高分辨率、且能同时感测应变和温度变化的传感器研究；二是对光栅反射信号或透射信号分析和测试系统的研究，目标是开发低成本、小型化、可靠且灵敏的探测技术；三是光纤光栅传感器的实际应用研究，包括封装技术、温度补偿技术、传感器网络技术。
参考文献:
[1] Yun-Jiang Rao. In-fiber Bragg grating sensors[J]. Mcas.Sci.Technol, 1997,8: 355~375.
[2] 廖延彪. 光纤光学[M]. 北京：清华大学出版社, 2000.
[3] Putnam M A., Williams G M.. Friebele E J.. Fabrication of tapered,strain_gradient chirped fiber Bragg gratings[J]. Electron Lett,
1995, 31: 309.
[4] Udd E.. Fiber Optical Smart Structures[M]. John Wiley&Sons, 1995.
[5] Proceedingson OFS-13(13th International Conferenceon Optical Fiber Sensors)[Z]. Korea, 1999:285~291.
[6] Smart Sructures and Materials [J]. SPIE’s Proceedings, 2000, 4073:186~191.
[7] Applications of Optical-Fiber Sensors[J]. SPIE’s Proceedings, 2000, 4074: 361~366.
Principles and Applications of Fiber Grating Sensors
RONG Xiao-ge1, ZHANG Xian-min2
(1 Department of Physics and Electronic Science ,Guangxi Normal University, Guilin Guangxi 541004, China;
2 Department of Information and Electronic Eng., Zhejiang University , Hangzhou Zhejiang 310027, china）
Abstract：In this paper ,the recent research progress of fiber sensor was reviewed . summarizes the principles and the applications of fiber grating sensors and the applications of fiber grating sensors especially in engineering building . Key Words：fiber grating, sensor , smart structure