分布式光纤传感系统/声波传感_光纤振动监测系统/测温系统/光栅_DAS解调卡/一体光模块_DAQ高速采集卡_OFDR光频域反射仪

视频Blogs

光纤布拉格光栅（FBG）技术：原理、特性与应用

分类： 博客Blogs 发布日期： 2025-07-31

光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）技术作为分布式光纤传感领域的核心技术之一，近年来在众多领域得到了广泛的应用与关注。FBG 具有独特的优势，如高精度传感、抗电磁干扰、易于分布式测量等，使其成为解决许多复杂测量问题的理想选择。本文将深入探讨 FBG 技术的基本原理、制作工艺、特性以及其在各个领域的应用。

b2451e7a-d2fa-443f-bd97-23be16008b65_1753954928608096563_origin~tplv-a9rns2rl98-image-qvalue.webp

FBG 的基本原理

光栅的形成

FBG 是通过在光纤纤芯内引入周期性的折射率变化而形成的。常用的制作方法有全息干涉法和相位掩膜法。全息干涉法利用两束相干紫外光在光敏光纤中产生干涉条纹，使纤芯折射率发生周期性变化；相位掩膜法则是将相位掩模板置于光纤前，紫外光透过掩模板后在光纤中形成周期性的干涉条纹，从而实现折射率的周期性调制。这种周期性的折射率变化区域就像一个波长选择性的反射镜，对特定波长的光具有高反射率，而对其他波长的光则几乎透明。

布拉格条件

FBG 反射特定波长的光遵循布拉格条件，其表达式为：

λ_{B} = 2 n_{e ff} Λ

，其中

λ_{B}

是布拉格波长，即 FBG 反射光的中心波长；

n_{e ff}

是光纤纤芯的有效折射率；

Λ

是光栅周期。当外界环境因素，如温度、应变、压力等发生变化时，会引起光纤的光栅周期

Λ

和有效折射率

n_{e ff}

改变，进而导致布拉格波长

λ_{B}

发生漂移。通过检测布拉格波长的变化，就可以实现对这些外界物理量的精确测量。

温度和应变传感原理

温度传感原理：温度变化会对光纤产生两方面影响。一方面，温度改变会引起光纤材料的热膨胀或收缩，导致光栅周期
$Λ$
发生变化；另一方面，温度变化会影响光纤的折射率，即改变有效折射率
$n_{e ff}$
。综合这两个因素，温度变化
$Δ T$
引起的布拉格波长变化
$Δ λ_{B}$
可以表示为：
$Δ λ_{B} = λ_{B} (α + ξ) Δ T$
，其中
$α$
是光纤的热膨胀系数，
$ξ$
是光纤的热光系数。对于常见的石英光纤，在布拉格波长约为 1550nm 时，温度灵敏度大约为 10pm/°C，即温度每变化 1°C，布拉格波长漂移约 10 皮米。

应变传感原理：当光纤受到轴向应变
$ε$
时，光栅周期
$Λ$
会相应改变，同时由于光弹效应，光纤的有效折射率
$n_{e ff}$
也会发生变化。应变引起的布拉格波长变化
$Δ λ_{B}$
可以表示为：
$Δ λ_{B} = λ_{B} (1 - ρ_{ε}) ε$
，其中
$ρ_{ε}$
是光纤的光弹系数。在典型情况下，对于布拉格波长约为 1550nm 的光纤，应变灵敏度大约为 1.2pm/με，即每微应变（με）会导致布拉格波长漂移约 1.2 皮米。

更多博客视频内容

FBG 传感器技术在铁路智能监测领域的应用与发展

近年来，全球铁路行业正迎来规模空前的发展热潮。在贸易增长与公路运输环境问题日益凸显的双重驱动下，各国纷纷加大铁路投资力度：美国 2008 年铁路投资近 100 亿美元，2009 年为高速铁路划拨 80 亿美元专项资金；印度计划在 “第十一个五年计划” 期间投入 500 亿美元推进铁路现代化；中国作为铁路发展的核心力量，2009 年在最高时速 350km 的高速铁路系统投入 500 亿美元，至 2020 年累计新增高铁里程超 2.5 万公里，总投资最高达 3000 亿美元。

发布日期：2025-09-02

更多...

DAS（分布式声波振动传感系统）在燃气管道监测的应用方案

随着城市燃气管道网络的不断延伸，管道安全运行面临多重挑战。一方面，管道老化、第三方施工破坏、地质沉降等因素易引发泄漏、爆管等事故，不仅造成燃气资源浪费，还可能引发火灾、爆炸等安全隐患，威胁公众生命财产安全；另一方面，传统的人工巡检、点式传感器监测等方式存在覆盖范围有限、响应不及时、预警精度低等问题，难以满足大规模、长距离燃气管道的实时监测需求。

发布日期：2025-09-01

更多...

FBG技术概述

光纤布拉格光栅 (FBG) 传感器是一种灵敏度极高且用途广泛的光学器件，可用于测量多种物理参数，例如：应变、温度、压力、振动和位移。自 1995 年第一台商用 FBG 传感器问世以来，该技术发展迅速，如今已广泛应用于各种应用领域。FBG 最简单的形式是利用光敏性，在光纤纤芯中刻录永久周期性折射率调制。

发布日期：2025-08-29

更多...

光纤传感器测量温度、应变和振动的解决方案

光纤具有重量轻、柔韧、抗雷击、寿命长和防爆等特点。它主要用于光通信，但将其用作传感器时，可以测量长光纤整条长度范围内的温度、应变和振动分布。横河电机的目标是利用光纤传感器的这些特性，将其作为桥梁、隧道和其他大型建筑等社会基础设施的健康诊断工具。此外，横河电机还致力于将光纤传感器应用于石油和化工厂，以便及早发现设备故障及其他故障。

发布日期：2025-08-26

更多...

光纤传感技术：基于光声相互作用的核心外传感突破

传统光纤传感技术多依赖外部应力、应变或温度变化与光纤纤芯内传输光场的相互作用实现传感功能。例如，嵌入式光纤布拉格光栅（FBG）的物理参数会在外力作用下发生微扰，进而导致其反射率特性改变；标准单模光纤中光场的瑞利背向散射效应同样会因外部激励产生变化，上述物理现象均为感知外部环境参数提供了关键信息支撑。

发布日期：2025-08-25

更多...

400kV电力电缆电路监测

某省级电力公司作为华东地区电网建设与运维的核心单位，肩负着保障区域内工业生产、民生用电及新能源消纳的重要使命。随着区域经济持续发展与 “双碳” 目标推进，该公司启动了 400kV 骨干输电网络升级计划，其中一条连接沿江工业园区与内陆枢纽电厂的 400kV 电力电缆回路，成为区域能源调配的关键通道

发布日期：2025-08-23

更多...