FBG技术概述

分类: 博客Blogs 发布日期: 2025-08-29

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。基于 FBG 的传感器利用谐振条件,在谐振条件下反射布拉格波长的入射光,布拉格波长定义为:
                                                                                         lambda-b.png
其中 neff 是基模的有效纤芯折射率,Λ 是光栅间距。
如今,FBG 刻写技术可以创建多种类型的反射率分布,从而可以实现具有给定峰值反射率、带宽和旁瓣水平的传感器,通过切趾和啁啾技术调整掺杂水平并调制光栅长度上的振幅和空间间距。此外,在光纤生产阶段“写入”光纤布拉格光栅的可能性可以实现大规模生产,降低成本,也可用于需要大量传感器的大型结构中。此外,使用由紫外激光器或飞秒激光器制造的 II 型、IIA 型和再生 FBG 的先进刻写技术的引入,可以生产用于高温应用的 FBG 传感器。
                                                                            fbg.webp
在基于 FBG 的传感器中,由局部应变或温度等外部效应引起的有效折射率或光栅间距的任何变化都会导致布拉格波长偏移,根据以下公式:
                                                                       delta-lambda-b.png

其中 Δλ  B 是布拉格波长的变化,α 和 ς 是热膨胀和热光系数,pε 是光纤材料的有效光弹常数,ΔT、Δε 是施加的温度和纵向应变变化。对于谐振波长 λ B 1550 nm 范围内的光栅,由于温度和应变变化引起的波长偏移的典型值分别为:11 pm/K 和 1.2 pm/με。
待测参数的相关信息直接编码在波长值中,这一特性与光纤低衰减和传输容量的固有特性相结合,即使传感器和控制单元之间的距离非常长,也可以实现稳定的信号检测。

基于 FBG的传感器的多路复用技术可分为以下几类:

  WDM(波分复用)​​:其中可以使用具有不同标称中心波长的 FBG 在单个光链路中级联多个 FBG 传感器

  TDM(时分复用):其中,可以根据已知信号飞行时间识别沿单条光纤链路的相同标称中心波长处的各个传感器的响应。


对传统传感器系统和基于 FBG 的传感器系统进行比较分析,可以得出以下结论:

  FBG传感器可轻松用于高爆炸性和高电磁辐射环境。

  基于 FBG 的传感器通常侵入性较小,更容易将传感器嵌入到民用和工业复杂结构中。

  由于其多路复用功能,可以轻松实现具有大量传感器的监控系统。

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

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

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

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

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

光纤的工作原理

光纤线路是由光学纯净的玻璃线组成的,细如人的头发丝,用于长距离传输数字信息。它们也用于医学成像和机械工程检测。它们实际上已经取代了电信领域较老的铜线技术。

发布日期:2025-08-22