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光柵式傳感器（optical grating transducer）指采用光柵疊柵條紋原理測(cè)量位移的傳感器。光柵是在一塊長(zhǎng)條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進(jìn)要先進(jìn)行的刻線,，刻線密度為 10～100線/毫米,。由光柵形成的疊柵條紋具有光學(xué)放大作用和誤差平均效應(yīng)，因而能提高測(cè)量精度,。傳感器由標(biāo)尺光柵,、指示光柵、光路系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)四部分組成（見(jiàn)圖）,。標(biāo)尺光柵相對(duì)于指示光柵移動(dòng)時(shí),，便形成大致按正弦規(guī)律分布的明暗相間的疊柵條紋。這些條紋以光柵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度移動(dòng),，并直接照射到光電元件上,，在它們的輸出端得到一串電脈沖，通過(guò)放大,、整形,、辨向和計(jì)數(shù)系統(tǒng)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)輸出，直接顯示被測(cè)的位移量,。傳感器的光路形式有兩種：一種是透射式光柵,，它的柵線刻在透明材料（如工業(yè)用白玻璃、光學(xué)玻璃等）上,；另一種是反射式光柵,，它的柵線刻在具有強(qiáng)反射的金屬（不銹鋼）或玻璃鍍金屬膜（鋁膜）上。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是量程大和精度高,。光柵式傳感器應(yīng)用在程控,、數(shù)控機(jī)床和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)構(gòu)中，可測(cè)量靜,、動(dòng)態(tài)的直線位移和整圓角位移,。在機(jī)械振動(dòng)測(cè)量、變形測(cè)量等領(lǐng)域也有應(yīng)用,。
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*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)域和光纖傳感器領(lǐng)域。
在光纖傳感器領(lǐng)域,，光纖光柵傳感器的應(yīng)用前景十分廣闊,。由于光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、尺寸?。?biāo)準(zhǔn)裸光纖為125um）,、重量輕、耐溫性好（工作溫度上限可達(dá)400℃～600℃）,、復(fù)用能力強(qiáng),、傳輸距離遠(yuǎn)（傳感器到解調(diào)端可達(dá)幾公里）、耐腐蝕,、高靈敏度,、無(wú)源器件、易形變等優(yōu)點(diǎn),，早在1988年就成功地應(yīng)用在航空,、航天領(lǐng)域中作為有效的無(wú)損檢測(cè)當(dāng)中，同時(shí)光纖光柵傳感器還可應(yīng)用于化學(xué)醫(yī)藥,、材料工業(yè),、水利電力、船舶,、煤礦等各個(gè)領(lǐng)域,，以及在土木工程領(lǐng)域中（如建筑物、橋梁,、水壩、管線,、隧道,、容器、高速公路,、機(jī)場(chǎng)跑道等）的混凝土組件和結(jié)構(gòu)中測(cè)定結(jié)構(gòu)的完整性和內(nèi)部應(yīng)變狀態(tài),，從而建立靈巧結(jié)構(gòu),，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能建筑。當(dāng)光纖光柵所處環(huán)境的溫度,、應(yīng)力,、應(yīng)變或其它物理量發(fā)生變化時(shí)，光柵的周期或纖芯折射率將發(fā)生變化,，從而使反射光的波長(zhǎng)發(fā)生變化,，通過(guò)測(cè)量物理量變化前后反射光波長(zhǎng)的變化，就可以獲得待測(cè)物理量的變化情況,。如利用磁場(chǎng)誘導(dǎo)的左右旋極化波的折射率變化不同,，可實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)的直接測(cè)量。此外,，通過(guò)特定的技術(shù),，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)力和溫度的分別測(cè)量和同時(shí)測(cè)量。通過(guò)在光柵上涂敷特定的功能材料（如壓電材料）,，對(duì)電場(chǎng)等物理量的間接測(cè)量也能實(shí)現(xiàn),。

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1、啁啾光纖光柵傳感器的工作原理
上面介紹的光柵傳感器系統(tǒng),，光柵的幾何結(jié)構(gòu)是均勻的,，對(duì)單參數(shù)的定點(diǎn)測(cè)量很有效，但在需要同時(shí)測(cè)量應(yīng)變和溫度或者測(cè)量應(yīng)變或溫度沿光柵長(zhǎng)度的分布時(shí)就顯得力不從心,。此時(shí),，采用啁啾光纖光柵傳感器就就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
啁啾光纖光柵由于其優(yōu)異的色散補(bǔ)償能力而應(yīng)用在高比特遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)中,。與光纖Bragg光柵傳感器的工作原理基本相同,，在外界物理量的作用下，啁啾光纖光柵除了DlB的變化外,，光譜的展寬也會(huì)發(fā)生變化,。這種傳感器在應(yīng)變和溫度均存在的場(chǎng)合是非常有用的。由于應(yīng)變的影響,，啁啾光纖光柵反射信號(hào)會(huì)拓寬,，峰值波長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生位移，而溫度的變化則由于折射率的溫度依賴性（dn/dT）,，僅會(huì)影響重心的位置,。在地震檢測(cè)等地球動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中，地表驟變等現(xiàn)象的原理及其危險(xiǎn)性的估定和預(yù)測(cè)是非常復(fù)雜的,，而火山區(qū)的應(yīng)力和溫度變化是目前為止能夠揭示火山活動(dòng)性及其關(guān)鍵活動(dòng)范圍演變的zui有效手段心,。光纖光柵傳感器在這一領(lǐng)域中的應(yīng)用主要是在巖石變形、垂直震波的檢測(cè)以及作為地形檢波器和光學(xué)地震儀使用等方面?；顒?dòng)區(qū)的應(yīng)變通常包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種,，靜態(tài)應(yīng)變（包括由火山產(chǎn)生的靜態(tài)變形等）一般都定位于與地質(zhì)變形源很近的距離，而以震源的震波為代表的動(dòng)態(tài)應(yīng)變則能夠在與震源較遠(yuǎn)的地球周邊環(huán)境中檢測(cè)到,。為了得到相當(dāng)準(zhǔn)確的震源或火山源的位置,，更好地描述源區(qū)的幾何形狀和演變情況，需要使用密集排列的應(yīng)力－應(yīng)變測(cè)量?jī)x,。光纖光柵傳感器是能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離和密集排列復(fù)用傳感的寬帶,、高網(wǎng)絡(luò)化傳感器，符合地震檢測(cè)等的要求,，因此它在地球動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中無(wú)疑具有較大的潛在用途,。有報(bào)道指出，光纖光柵傳感器已成功檢測(cè)了頻率為0.1Hz～2Hz,，大小為10-9 e的巖石和地表動(dòng)態(tài)應(yīng)變,。
在航天器及船舶中的應(yīng)用

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兩個(gè)具有相同中心波長(zhǎng)的光纖光柵代替法布里－珀*涉儀的反射鏡，形成全光纖法布里－珀*涉儀（FFPI）,，利用低相干性使干涉的相位噪聲zui小化,，這一方法實(shí)現(xiàn)了高靈敏度的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量。用FFPI結(jié)合另外兩個(gè)FBG,，其中一個(gè)光柵用來(lái)測(cè)應(yīng)變,，另一個(gè)被保護(hù)起來(lái)（免受應(yīng)力影響），以測(cè)量和修正溫度效應(yīng),，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)三個(gè)量的測(cè)量：溫度,、靜態(tài)應(yīng)變、瞬時(shí)動(dòng)態(tài)應(yīng)變,。這種方法兼有干涉儀的相干性和光纖布拉格光柵傳感器的優(yōu)點(diǎn),，在5me的測(cè)量范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了小于 1me的靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量精度,、0.1℃的溫度靈敏度和小于1ne/(Hz)1/2的動(dòng)態(tài)應(yīng)變靈敏度,。光纖光柵傳感器因不受電磁場(chǎng)干擾和可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離低損耗傳輸，從而成為電力工業(yè)應(yīng)用的理想選擇,。電線的載重量,、變壓器繞線的溫度、大電流等都可利用光纖光柵傳感器測(cè)量,。
在電力工業(yè)中,，電流轉(zhuǎn)換器可把電流變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，電壓變化可使壓電陶瓷（PZT）產(chǎn)生形變,，而利用貼于PZT上的光纖光柵的波長(zhǎng)漂移,，很容易得知其形變,，進(jìn)而測(cè)知電流強(qiáng)度。這是一種較為廉價(jià)的方法,，并且不需要復(fù)雜的電隔離。另外,，由大雪等對(duì)電線施加的過(guò)量的壓力可能會(huì)引發(fā)危險(xiǎn)事件,，因此在線檢測(cè)電線壓力非常重要，特別是對(duì)于那些不易檢測(cè)到的山區(qū)電線,。光纖光柵傳感器可測(cè)電線的載重量,，其原理為把載重量的變化轉(zhuǎn)化為緊貼電線的金屬板所受應(yīng)力的變化，這一應(yīng)力變化即可被粘于金屬板上的光纖光柵傳感器探測(cè)到,。這是利用光纖光柵傳感器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離惡劣環(huán)境下測(cè)量的實(shí)例,，在這種情況下，相鄰光柵的間距較大,，故不需快速調(diào)制和解調(diào),。醫(yī)學(xué)中用的傳感器多為電子傳感器，它對(duì)許多內(nèi)科手術(shù)是不適用的,，尤其是在高微波（輻射）頻率,、超聲波場(chǎng)或激光輻射的過(guò)高熱治療中。由于電子傳感器中的金屬導(dǎo)體很容易受電流,、電壓等電磁場(chǎng)的干擾而引起傳感頭或腫瘤周圍的熱效應(yīng),，這樣會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤讀數(shù)。近年來(lái),，使用高頻電流,、微波輻射和激光進(jìn)預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進(jìn)要先進(jìn)行熱療以代替外科手術(shù)越來(lái)越受到醫(yī)學(xué)界的關(guān)注，而且傳感器的小尺寸在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中是非常重要的,，因?yàn)樾〉某叽鐚?duì)人體組織的傷害較小,，而光纖光柵傳感器正是目前為止能夠做到的zui小的傳感器。它能夠通過(guò)zui小限度的侵害方式測(cè)量人體組織內(nèi)部的溫度,、壓力,、聲波場(chǎng)的精確局部信息。到目前為止,，光纖光柵傳感系統(tǒng)已經(jīng)成功地檢測(cè)了病變組織的溫度和超聲波場(chǎng),，在30℃～60℃的范圍內(nèi)，獲得了分辨率為0.1℃和精確度為±0.2℃的測(cè)量結(jié)果,，而超聲場(chǎng)的測(cè)量分辨率為10-3atm/Hz1/2,，這為研究病變組織提供了有用的信息。
光纖光柵傳感器還可用來(lái)測(cè)量心臟的效率,。在這種方法中,，醫(yī)生把嵌有光纖光柵的熱稀釋導(dǎo)管插首*首*首*首*首*首先進(jìn)入病人心臟的右心房，并注射人一種冷溶液，可測(cè)量肺動(dòng)脈血液的溫度,，結(jié)合脈功率就可知道心臟的血液輸出量,，這對(duì)于心臟監(jiān)測(cè)是非常重要的。