光纤环形镜FBG传感器

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应用

 遥感

 FBG传感器合成

 温度，应力和应变传感

 土木工程，如桥梁，管道，结构

 多方向数据传感

综述

光纤环形镜配置已应用到各个方面中，其中一个重要的应用是传感。在光纤环形镜中插入光纤布拉格光栅（FBG）后，可利用环形镜的切换功能来增强传感和访问能力。宽带LED或白光源照进FBG环形镜，可以在FBG中心波长处产生连续波（CW）光信号，这种光信号可以通过控制环路内的移相器从环路的两侧进行访问。CW光波长随FBG的环境条件（包括温度，应力和应变）而变化。

FBG环形镜传感器布局

优点

 FBG光纤环形镜传感器可用于任何远程位置不同参数的检测，并可通过单模光纤传输感应数据。

 通过控制移相器的相位，可以从传输系统的两侧访问所检测的数据。

 OptiSystem软件允许用户研究FBG光纤环形镜传感器中不同参数对整体性能的影响。

 使用OptiSystem软件可以进行FBG参数合成。

仿真说明

图1显示了用于在OptiSystem中进行FBG光纤环形镜传感器数值仿真的布局。低成本宽带LED可用于探测传感器。 LED灯光通过一个循环器和一个3-dB光纤耦合器在两个方向上发射到环路中。 FBG在其定义的带宽和中心频率内，反射环路每个方向上的光信号。 FBG还允许传输其带宽之外的光信号，且不改变它们的传播方向。一旦反射和传输的场返回到3-dB光纤耦合器的输出端口，它们就会加强，消减或部分地干扰，这取决于3-dB光纤耦合器的每个输出端口处的两个场之间的相位差。如果两个场之间的相位差为0°，则光信号将通过环路传输并出现在3-dB光纤耦合器的另一个输入端口（标记为2）。但是，如果两个场之间的相位差为180°，则光信号被反射回3dB光纤耦合器的输入端口（标记为1）。任何其他相位差都会导致光信号出现在两个端口上。当相移等于180°或0°时，反射或透射的产生的光信号是以FBG中心频率（1550nm）为中心的连续波（CW），其20dB线宽为90GHz（0.72nm），如图2所示。

图1.仿真的FBG光纤环形镜布局

当感测位置处的环境条件改变或应力和应变施加到光纤布拉格光栅时，FBG物理条件改变并影响其中心布拉格波长。 结果是产生的CW光信号中心波长变化。 可以从传感器位置远程监测中心波长的漂移。

图2.相移设备设置为0°时发送的CW信号

图3显示了当相移器设置为0°时，由于感测位置处的温度变化导致光栅布拉格波长的变化而在反射端口处测量的CW光信号。 在仿真时，FBG的温度范围从0℃变为100℃。

图3.薄矩形单元对方向角的响应

仿真工具可用于合成现实生活中部署的FBG光栅的实际参数。 这可以在传感系统的安装和测试阶段完成。 然后，通过比较测量的CW光信号的中心波长和合成的FBG参数的仿真结果，可以将合成的FBG用于实际传感系统的分析阶段。