技術(shù)文章
光柵傳感器是一種常用的光學(xué)傳感器，是一種能夠?qū)⒐鈱W(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號的AH180-WG-7傳感器裝置。其優(yōu)點在于高分辨率、快速響應(yīng)、高靈敏度等特點。通過光柵結(jié)構(gòu)與光學(xué)原理實現(xiàn)對光信號的檢測和轉(zhuǎn)換。它在工業(yè)控制、精密測量等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。一、結(jié)構(gòu)光柵傳感器一般由光源、光柵、光電轉(zhuǎn)換器、信號處理器等部分組成。光源發(fā)出的光線經(jīng)過光柵后形成干涉條紋，通過光電轉(zhuǎn)換器將條紋的變化轉(zhuǎn)換為電信號，再通過信號處理器對電信號進行處理，從而得到測量參數(shù)。二、原理光柵傳感器的工作原理主要是利用光柵的光學(xué)干涉原理。光源發(fā)出的光線在通過光柵后，由于光柵的干涉作用，形成明暗交替的干涉條紋。當(dāng)目標(biāo)物體的參數(shù)發(fā)生變化時，會導(dǎo)致干涉條紋的位置或間距發(fā)生變化，通過測量這種變化，就可以得到參數(shù)的變化量。三、測量光柵傳感器可以測量的參數(shù)有很多，常見的包括長度、位移、速度、振動等。測量過程主要是通過測量光電信號的變化來實現(xiàn)的。例如，通過測量光電信號的相位變化，就可以得到位移量；通過測量光電信號的頻率變化，就可以得到速度。四、應(yīng)用光柵傳感器在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在航天航空領(lǐng)域，光柵傳感器可以用來測量飛機的速度、位移和振動；在機械制造領(lǐng)域，光柵傳感器可以用來測量機床的位置、速度和振動；在自動化控制領(lǐng)域，光柵傳感器可以用來實現(xiàn)精確的位置控制和速度控制。五、操作規(guī)范光柵傳感器的操作規(guī)范主要包括以下幾點：1、準(zhǔn)備工作：在操作光柵傳感器之前，應(yīng)確保光柵表面清潔，無塵?；蛴臀?。同時，還應(yīng)檢查光源、光電轉(zhuǎn)換器等設(shè)備是否正常。2、安裝和定位：在安裝光柵傳感器時，應(yīng)確保其與被測物體的距離及角度正確。如果安裝位置不正確，可能會影響測量結(jié)
光纖光柵傳感器TPS5450DDAR是一種利用光纖光柵技術(shù)進行測量的傳感器，其基本原理是通過應(yīng)變、溫度等物理量對光纖光柵的布拉格反射波長進行改變，從而實現(xiàn)對被測物理量的測量。光纖光柵傳感器的測量范圍廣泛，可用于測量應(yīng)變、溫度、壓力、形變、位移等多種物理量，具有高靈敏度、高分辨率、免受電磁干擾等優(yōu)點，適用于工業(yè)、航空、航天、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域。在應(yīng)變測量方面，光纖光柵傳感器的應(yīng)變靈敏度可達到10^-6，因此廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、地震預(yù)警等領(lǐng)域；在溫度測量方面，光纖光柵傳感器的溫度測量范圍可達到-200°C至+1000°C，因此適用于高溫環(huán)境下的測量。光纖光柵傳感器的系統(tǒng)原理主要分為兩部分：光纖光柵傳感器和光纖光柵信號處理系統(tǒng)。光纖光柵傳感器包括光纖光柵芯片和光纖連接部分，光纖光柵芯片是測量物理量的關(guān)鍵部分，光纖連接部分是將光纖光柵芯片與外界連接的部分。光纖光柵信號處理系統(tǒng)主要包括光源、光學(xué)分析儀、信號采集卡、數(shù)據(jù)處理器等。光源為光纖光柵傳感器提供光源信號，光學(xué)分析儀用于分析光信號，信號采集卡負責(zé)采集分析儀輸出的信號，數(shù)據(jù)處理器用于處理和分析采集到的信號，并將結(jié)果反饋給用戶。在操作規(guī)范方面，光纖光柵傳感器的操作需要注意以下幾點：首先，使用前需進行檢查，確保傳感器和信號處理系統(tǒng)正常工作；其次，傳感器的安裝位置應(yīng)合理選擇，避免測量誤差和損壞；再次，傳感器在使用過程中應(yīng)避免受到外力影響，以免影響測量精度；最后，傳感器的使用應(yīng)按照使用說明書進行，避免誤操作。
0 引 言 光纖Bragg光柵(FBG)傳感器是以FBG作為敏感元件的功能型光纖傳感器，有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)該傳感器受溫度、應(yīng)變等外界參量的作用時，Bragg波長會發(fā)生相應(yīng)的漂移，因此，研究FBG傳感器的關(guān)鍵問題是如何精確測量FBG反射波長漂移量。傳統(tǒng)上一般應(yīng)用光譜儀解調(diào)系統(tǒng)，它體積大、不易攜帶、不利于現(xiàn)場使用。近年來出現(xiàn)的微型光譜儀體積小、價格便宜，但其光譜分辨力只在0.1 nm數(shù)量級，遠遠達不到FBG解調(diào)需要的pm級的分辨力。 為了提高Bragg波長漂移量的測量精度，提出了基于F-P可調(diào)諧濾波器和波長基準(zhǔn)器，采用插值-相關(guān)譜法的處理技術(shù)，即，首先在原始光譜中每相鄰兩點間線性插入一些點，再利用相關(guān)譜法得到Bragg波長漂移量。該方法不但可以有效抑制噪聲，而且，能精確地測量Bragg波長漂移量，從而實現(xiàn)高精度地測量溫度、應(yīng)變等外界參量。 1 FBG傳感器原理 根據(jù)Bragg衍射原理，當(dāng)寬帶光源發(fā)出的光入射到FBG中去，F(xiàn)BG將把以Bragg波長為中心的窄帶光譜范圍內(nèi)的光反射回來。Bragg波長λB由FBG的柵距A和有效折射率neff決定 因此，F(xiàn)BG可以被看作窄帶濾波器，濾波器的中心波長就是Bragg波長。當(dāng)FBG受到應(yīng)變、溫度等因素使FBG的柵距以或有效折射率neff產(chǎn)生變化時，被FBG反射的Bragg波長λB亦產(chǎn)生相應(yīng)變化。由式(1)的微分得知，其Bragg波長的偏移量為 從而實現(xiàn)了待測量對反射信號光的波長編碼調(diào)制。因此，通過實時監(jiān)測反射波長的偏移量，再根據(jù)△nff，△Λ與待測量之間的線性關(guān)系，即可獲得待測物理量的變化。 2 插值-相關(guān)譜法原理 相關(guān)譜法基于以下特征：在
引 言 光纖Bragg光柵(FBG)傳感器是以FBG作為敏感元件的功能型光纖傳感器，有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)該傳感器受溫度、應(yīng)變等外界參量的作用時，Bragg波長會發(fā)生相應(yīng)的漂移，因此，研究FBG傳感器的關(guān)鍵問題是如何精確測量FBG反射波長漂移量。傳統(tǒng)上一般應(yīng)用光譜儀解調(diào)系統(tǒng)，它體積大、不易攜帶、不利于現(xiàn)場使用。近年來出現(xiàn)的微型光譜儀體積小、價格便宜，但其光譜分辨力只在0.1 nm數(shù)量級，遠遠達不到FBG解調(diào)需要的pm級的分辨力。 為了提高Bragg波長漂移量的測量精度，提出了基于F-P可調(diào)諧濾波器和波長基準(zhǔn)器，采用插值-相關(guān)譜法的處理技術(shù)，即，首先在原始光譜中每相鄰兩點間線性插入一些點，再利用相關(guān)譜法得到Bragg波長漂移量。該方法不但可以有效抑制噪聲，而且，能精確地測量Bragg波長漂移量，從而實現(xiàn)高精度地測量溫度、應(yīng)變等外界參量。 1 FBG傳感器原理 根據(jù)Bragg衍射原理，當(dāng)寬帶光源發(fā)出的光入射到FBG中去，F(xiàn)BG將把以Bragg波長為中心的窄帶光譜范圍內(nèi)的光反射回來。Bragg波長λB由FBG的柵距A和有效折射率neff決定 因此，F(xiàn)BG可以被看作窄帶濾波器，濾波器的中心波長就是Bragg波長。當(dāng)FBG受到應(yīng)變、溫度等因素使FBG的柵距以或有效折射率neff產(chǎn)生變化時，被FBG反射的Bragg波長λB亦產(chǎn)生相應(yīng)變化。由式(1)的微分得知，其Bragg波長的偏移量為 從而實現(xiàn)了待測量對反射信號光的波長編碼調(diào)制。因此，通過實時監(jiān)測反射波長的偏移量，再根據(jù)△nff，△Λ與待測量之間的線性關(guān)系，即可獲得待測物理量的變化。 2 插值-相關(guān)譜法原理 相關(guān)譜法基于以下特征：在
近年來。隨著光纖通信技術(shù)向著超高速、大容量通信系統(tǒng)的方向發(fā)展，以及逐步向全光網(wǎng)絡(luò)的演進．在光通信迅猛發(fā)展的帶動下，光纖光柵已成為發(fā)展最為迅速的光纖無光源器件之一。光纖在紫外光強激光照射下，利用光纖纖芯的光敏感特性．光纖的折射率將隨光強的空間分布發(fā)生相應(yīng)的變化。這樣，在光纖軸向上就會形成周期性的折射率波動，即為光纖光柵。由于光纖光柵具有高靈敏度、低損耗、易制作、性能穩(wěn)定可靠、易與系統(tǒng)及其它光纖器件連接等優(yōu)點，因而在光通信、光纖傳感等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為此。本文從光纖布拉格光柵、長周期光纖光柵等光纖光柵的原理出發(fā)，綜述了光纖布拉格光柵對溫度、應(yīng)變同時測量技術(shù)的應(yīng)用。 1 光纖傳感器的工作原理 1．1 光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu) 光纖布拉格光柵FBG于1978年發(fā)明問世。它利用硅光纖的紫外光敏性寫入光纖芯內(nèi)，從而在光纖上形成周期性的光柵，故稱為光纖光柵。圖l所示是其光纖光柵傳感器的典型結(jié)構(gòu)。 在圖1所示的光纖光柵傳感器結(jié)構(gòu)中，光源為寬譜光源且有足夠大的功率，以保證光柵反射信號良好的信噪比。一般選用側(cè)面發(fā)光二極管ELED的原因是其耦合進單模光纖的光功率至少為50～100 μW。而當(dāng)被測溫度或壓力加在光纖光柵上時。由光纖光柵反射回的光信號可通過3 dB光纖定向耦合器送到波長鑒別器或波長分析器，然后通過光探測器進行光電轉(zhuǎn)換，最后由計算機進行分析、儲存，并按用戶規(guī)定的格式在計算機上顯示出被測量的大小。 光纖光柵除了具備光纖傳感器的全部優(yōu)點外．還具有在一根光纖內(nèi)集成多個傳感器復(fù)用的特點，并可實現(xiàn)多點測量功能。 1．2 光纖布拉格光柵原理 光纖布拉格光柵通常滿足布拉格條件 式中，λB為Brag
光纖光柵是一種新型的光無源器件，它通過在光纖軸向上建立周期性的折射率分布來改變或控制光在該區(qū)域的傳播行為和方式。其中，具有納米級折射率分布周期的光纖光柵稱為光纖布喇格光柵（即FBG，若非特別聲明，下文中的光纖光柵均指光纖布喇格光柵）。光纖光柵因具有制作簡單、穩(wěn)定性好、體積小、抗電磁干擾、使用靈活、易于同光纖集成及可構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)等諸多優(yōu)點，近年來被廣泛應(yīng)用于光傳感領(lǐng)域。 經(jīng)過近十幾年來的研究，光纖光柵的傳感機理己基本探明，用于測量各種物理量的多種結(jié)構(gòu)光纖光柵傳感器己被制作出來。目前，光纖光柵傳感器可以檢測的物理量包括溫度、應(yīng)變、應(yīng)力、位移、壓強、扭角、扭知(扭應(yīng)力)、加速度、電流、電壓、磁場、頻率及濃度等。 由于裸的光纖光柵直徑只有 ，在惡劣的工程環(huán)境中容易損傷，只有對其進行保護性的封裝(如埋入襯底材料中)，才能賦子光纖光柵更穩(wěn)定的性能，延長其壽命傳感器才能交付使用。同時，通過設(shè)計封裝的結(jié)構(gòu)，選用不同的封裝材料，可以實現(xiàn)溫度補償，應(yīng)力和溫度的增敏等功能，這類“功能型封裝”的研究正逐漸受到重視。 1、 溫度減敏和補償封裝 由于光纖光柵對應(yīng)力和溫度的交叉敏感性，在實際應(yīng)用中，經(jīng)常在應(yīng)力傳感光柵附近串聯(lián)或并聯(lián)一個參考光柵，用于消除溫度變化的影響。這種方法需要消耗更多的光柵，增加了傳感系統(tǒng)的成本。若用熱膨脹系數(shù)極小且對溫度不敏感的材料對光纖光柵進行封裝，將很大程度上減小溫度對應(yīng)力測量精確性的影響。 另外，采用具有負溫度系數(shù)的材料進行封裝或設(shè)計反饋式機構(gòu)，可以對光纖光柵施加一定應(yīng)力，以補償溫度導(dǎo)致的布喇格波長的漂移，使 的值趨近于0。對于封裝的光纖布喇格光柵而言，其波長漂移 與應(yīng)變 和溫度變化
摘要：概述光纖光柵傳感器的基本原理及實際應(yīng)用，介紹了光纖光柵傳感器在地球動力學(xué)、航天器及船舶航運、民用工程結(jié)構(gòu)、電力工業(yè)、醫(yī)學(xué)、和化學(xué)傳感中的應(yīng)用。 一、前言 1978 年加拿大渥太華通信研究中心的K·O·Hill等人首次在摻鍺石英光纖中發(fā)現(xiàn)光纖的光敏效應(yīng)，并采用駐波寫入法制成世界上第一根光纖光柵。19，美 國聯(lián)合技術(shù)研究中心的G·Meltz等人實現(xiàn)了光纖Bragg光柵(FBG)的UV激光側(cè)面寫入技術(shù)，使光纖光柵的制作技術(shù)實現(xiàn)了突破性進展。隨著光纖光 柵制造技術(shù)的不斷完善，其應(yīng)用的成果日益增多，從光纖通信、光纖傳感到光計算和光信息處理的整個領(lǐng)域都將由于光纖光柵的實用化而發(fā)生革命性的變化，光纖光 柵技術(shù)是光纖技術(shù)中繼摻鉺光纖放大器(EDFA)技術(shù)之后的又一重大技術(shù)突破。 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摻雜光纖時，光纖的折射率將隨光強的空間分布發(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，其實質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的(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獨特的光纖器件，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償型光柵；其中，色散補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
直線位移光柵傳感器數(shù)顯系統(tǒng)主要應(yīng)用于直線移動導(dǎo)軌機構(gòu)或精密位移的測量，可實現(xiàn)移動量的高精度顯示和自動控制，已廣泛應(yīng)用于機床加工和儀器的精密測量。目前該產(chǎn)品已形成多種系列，品種齊全，制作精巧，精密技術(shù)，可供不同規(guī)格的各類機床、儀器數(shù)字化改造選用，還可根據(jù)用戶的特殊需要進行特殊制作。配套相應(yīng)的數(shù)顯系統(tǒng)可以用于車床改造、銑床改造、鏜床改造、磨床改造、火花機改造、鉆床改造、線切割改造、坐標(biāo)測量、投影測量等D-KB-50光柵測微傳感器，是以高精度光柵作為檢測元件的精密測量裝置。與數(shù)顯表配套，組成高精度數(shù)字化測量儀器?？梢源鏅C械式千分表、扭簧比較儀、深度尺、電感測位移和精密量塊，配以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換器，可將溫度、壓力、硬度、重量等參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。用于自動化大生產(chǎn)中在線監(jiān)測及精密儀器的位置檢測。其優(yōu)點是測量值數(shù)字化顯示，精度高，穩(wěn)定可靠，讀數(shù)直觀準(zhǔn)確。亦可把測量數(shù)據(jù)輸入計算機打印出測量數(shù)據(jù)或繪出曲線。 光柵測微傳感器主要用于高精度測量。使用時除保證環(huán)境條件外，正確的安裝與使用不僅保證測量精度，還能延長使用壽命。光柵測微傳感器正確安裝位置是測桿朝下或水平放置。安裝固定方式有兩種：①以螺釘固定，固定孔中心距為22±0.2mm。②以①15軸夾緊。安裝固定后，測桿中心線垂直于被測工件。 使用時，測頭接觸基面，數(shù)顯表清零，輕輕提起測桿，當(dāng)測頭接觸被測工件表面時，數(shù)顯表顯示值就是測量值。切忌快推或快速釋放測桿，以免損壞光柵或因撞擊影響傳感器精度。 直線位移光柵傳感器故障分析處理，光柵測微傳感器與數(shù)顯表對接后，數(shù)顯表不顯示。 故障原因： ①電源未接通（保險絲熔斷）②傳感器輸出插頭與數(shù)顯表插座接觸不良：上述檢
作者Email: hongxinglu600010@sina.com 概述光纖光柵傳感器的基本原理及實際應(yīng)用，介紹了光纖光柵傳感器在地球動力學(xué)、航天器及船舶航運、民用工程結(jié)構(gòu)、電力工業(yè)、醫(yī)學(xué)、和化學(xué)傳感中的應(yīng)用。 一、 前言 1978年加拿大渥太華通信研究中心的K·O·Hill等人首次在摻鍺石英光纖中發(fā)現(xiàn)光纖的光敏效應(yīng)，并采用駐波寫入法制成世界上第一根光纖光柵。1989年，美國聯(lián)合技術(shù)研究中心的G·Meltz等人實現(xiàn)了光纖Bragg光柵(FBG)的UV激光側(cè)面寫入技術(shù)，使光纖光柵的制作技術(shù)實現(xiàn)了突破性進展。隨著光纖光柵制造技術(shù)的不斷完善，其應(yīng)用的成果日益增多，從光纖通信、光纖傳感到光計算和光信息處理的整個領(lǐng)域都將由于光纖光柵的實用化而發(fā)生革命性的變化，光纖光柵技術(shù)是光纖技術(shù)中繼摻鉺光纖放大器(EDFA)技術(shù)之后的又一重大技術(shù)突破。 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摻雜光纖時，光纖的折射率將隨光強的空間分布發(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，其作用的實質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的(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獨特的光纖器件。這些器件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
摘要：提出了一種基于AT89C51單片機開發(fā)的光柵位移傳感器對線性位移進行測量的方法。其硬件設(shè)計包括數(shù)據(jù)采集、辨向、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示。把讀數(shù)頭輸出的信號（脈沖電信號），經(jīng)過硬件電路辨向，送入計數(shù)器8253計數(shù)，利用AT89C51單片機進行信號處理，最終轉(zhuǎn)換成實際的線性位移值顯示出來。與其他系統(tǒng)相比，他的硬件電路簡單，并能實現(xiàn)較高的位移測量精度。 關(guān)鍵詞：光柵位移傳感器；光柵；單片機；細分與辨向電路 光柵作為精密測量的一種工具，由于他本身具有的優(yōu)點，已在精密儀器、坐標(biāo)測量、精確定位、高精度精密加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［1，2］。光柵測量技術(shù)是以光柵相對移動所形成的莫爾條紋信號為基礎(chǔ)的，對此信號進行一系列的處理，即可獲得光柵相對移動的位移量［3］。將光柵位移傳感器與微電子技術(shù)相結(jié)合，進行線性位移量的測量，以實現(xiàn)較高的測量精度。本文采用光柵作為傳感元件，經(jīng)接收元件后變?yōu)橹芷谛宰兓碾娦盘枺ń普倚盘枺?，采用邏輯辨向電路區(qū)別位移的正反向，利用單片機進行數(shù)據(jù)處理并顯示結(jié)果。軟件采用匯編語言實現(xiàn)。1硬件電路本設(shè)計的硬件電路主要由單片機89C51、計數(shù)器8253、細分與辨向電路、信號變換電路和光柵位移傳感器組成。如圖1所示。1．1光柵位移傳感器 光柵位移傳感器包括以下幾部分：光柵；光柵光學(xué)組成。光柵光學(xué)系統(tǒng)的作用是形成莫爾條紋；光電接受系統(tǒng)。光電接受系統(tǒng)是由光敏元件組成，他將莫爾條紋的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成
1 引 言 光纖光柵(FBG)傳感器通過波長編碼傳感信號，可用于應(yīng)力、應(yīng)變或溫度等諸多物理量的傳感測量，因而受到重視[1，2]。FBG傳感器常用的解調(diào)方法有匹配濾波法、線性濾波器法、非平衡馬赫澤德干涉法[3]和可調(diào)諧F-P腔法[4，5]。其中，線性濾波解調(diào)方法對傳輸損失及光源波動引起的變化不敏感，具有較好的線性輸出[6]，提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、便攜靈巧的傳感解調(diào)系統(tǒng)的實現(xiàn)途徑。但由于系統(tǒng)耦合器的分束比變化、光纖雙折射及濾波器非線性都會影響測量精度，且分辨率較低，制約了線性濾波法FBG傳感器解調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用。 FBG傳感器的一個主要應(yīng)用是埋于智能結(jié)構(gòu)[7]，實現(xiàn)應(yīng)力、變形、振動和壓力等參數(shù)監(jiān)測，這就需要傳感器解調(diào)系統(tǒng)可工作于戶外，具有體積小、便于攜帶等特點。然而目前多數(shù)FBG傳感器解調(diào)系統(tǒng)以PC機作為系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)存儲顯示的主要單元，體積大、結(jié)構(gòu)笨重和不適宜野外作業(yè)。 本文介紹的FBG解調(diào)系統(tǒng)所用線性濾波器是波分復(fù)用器(WDM)采用高精度24位∑-△A/D轉(zhuǎn)換模塊確保信號采集精度，提高動態(tài)范圍，采用自校準(zhǔn)的方法消除兩路模擬電路差異以及濾波器非線性的影響，從軟件上優(yōu)化系統(tǒng)性能。單片機ADUC847實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲傳輸、電路校準(zhǔn)及系統(tǒng)智能化。通過實驗和數(shù)據(jù)驗證了該系統(tǒng)高精度、便攜帶的特點。 2 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu) 用線性濾波法實現(xiàn)FBG傳感器波長解調(diào)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)3 dB耦合器進入傳感FBG。由FBG反射后形成窄帶光譜，通過線性濾波器得到兩路出射光功率與波長有關(guān)的光信號。光電探測器PIN將其轉(zhuǎn)換為電信號，進入信號采集處理電路提取有用信號，并由單片機控制系統(tǒng)
引言目前在精密機加工和數(shù)控機庫中采用的精密位稱數(shù)控系統(tǒng)框圖如圖1所示。 隨著電子技術(shù)和單片機技術(shù)的發(fā)展，光柵傳感器在位移測量系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，并逐步向智能化方向轉(zhuǎn)化。 圖2是利用光柵傳感器構(gòu)成的位移量自動測量系統(tǒng)原理示意圖。該系統(tǒng)采用光柵移動產(chǎn)生的莫爾條紋與電子電路以及單片機相結(jié)合來完成對位移量的自動測量，它具有判別光柵移動方向、預(yù)置初值、實現(xiàn)自動定位控制及過限報警、自檢和掉電保護以及溫度誤差修正等功能。下面對該系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計思想作以介紹。2 電子細分與判向電路光柵測量位移的實質(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)準(zhǔn)尺子對位稱量進行測量。目前高分辯率的光柵尺一般造價較貴，且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辯率，需要對莫爾條紋進行細分，本系統(tǒng)采用了電子細分方法。當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會產(chǎn)生莫爾條紋，隨著光柵的移動，莫爾條紋也隨之上下移動。這樣就把對光柵柵距的測量轉(zhuǎn)換為對莫爾條紋個數(shù)的測量，同量莫爾條紋又具有光學(xué)放大作用，其放大倍數(shù)為 (1) 式中：W為莫爾條紋寬度；d為光柵柵距（節(jié)距）；θ為兩塊光柵的夾角，rad在一個莫爾條紋寬度內(nèi)，按照一定間隔放置4個光電器件就能實現(xiàn)電子細分與羊向功能。本系統(tǒng)采用的光柵尺柵線為50線對/mm，其光柵柵距為0.02mm，若采用四細分后便可得到分辯率為5μm的計數(shù)脈沖，這在一般工業(yè)測控中已達到了很高精度。由于位移是一個矢量，即要檢測其大小，又要檢測其方向，因此至少需要兩路相位不同的光電信號。為了消除共模干擾、直流分量和偶次諧波，我們采用了由低漂移運放構(gòu)成的差分放大器。由4個滏電器件獲得的4路光電信號
摘要：提出了一種基于AT89C51單片機開發(fā)的光柵位移傳感器對線性位移進行測量的方法。其硬件設(shè)計包括數(shù)據(jù)采集、辨向、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示。把讀數(shù)頭輸出的信號（脈沖電信號），經(jīng)過硬件電路辨向，送入計數(shù)器8253計數(shù)，利用AT89C51單片機進行信號處理，最終轉(zhuǎn)換成實際的線性位移值顯示出來。與其他系統(tǒng)相比，他的硬件電路簡單，并能實現(xiàn)較高的位移測量精度。 關(guān)鍵詞：光柵位移傳感器；光柵；單片機；細分與辨向電路 光柵作為精密測量的一種工具，由于他本身具有的優(yōu)點，已在精密儀器、坐標(biāo)測量、精確定位、高精度精密加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［1，2］。光柵測量技術(shù)是以光柵相對移動所形成的莫爾條紋信號為基礎(chǔ)的，對此信號進行一系列的處理，即可獲得光柵相對移動的位移量［3］。將光柵位移傳感器與微電子技術(shù)相結(jié)合，進行線性位移量的測量，以實現(xiàn)較高的測量精度。本文采用光柵作為傳感元件，經(jīng)接收元件后變?yōu)橹芷谛宰兓碾娦盘枺ń普倚盘枺?，采用邏輯辨向電路區(qū)別位移的正反向，利用單片機進行數(shù)據(jù)處理并顯示結(jié)果。軟件采用匯編語言實現(xiàn)。 1硬件電路 本設(shè)計的硬件電路主要由單片機89C51、計數(shù)器8253、細分與辨向電路、信號變換電路和光柵位移傳感器組成。如圖1所示。 1．1光柵位移傳感器 光柵位移傳感器包括以下幾部分：光柵；光柵光學(xué)組成。光柵光學(xué)系統(tǒng)的作用是形成莫爾條紋；光電接受系統(tǒng)。光電接受系統(tǒng)是由光敏元件組成，他將莫爾條紋的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號，本系統(tǒng)采用的光敏元件是4個硅光電池。 1．2信號變換電路 信號變換就是將由光敏元件輸出的正弦電信號轉(zhuǎn)換成方波信號。本文中采用的比較器LM339，來自光柵的莫爾條紋照到光敏元
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光纖光柵傳感器是一種基于光纖光柵技術(shù)的傳感器，它可以測量物理量，如溫度、應(yīng)變、壓力和振動等。隨著科技的發(fā)展，光纖光柵傳感器的發(fā)展也越來越迅速。本文將從以下幾個方面介紹光纖光柵傳感器的發(fā)展趨勢：一、 光纖光柵傳感器的分類光纖光柵傳感器SN65HVD3082EDR根據(jù)其傳感原理和應(yīng)用領(lǐng)域不同，可以分為很多類別。其中，按照傳感原理不同，主要分為兩類：光纖光柵光譜傳感器：通過測量光纖光柵中回波光譜的變化來檢測物理量的變化。例如，利用光纖光柵光譜傳感器可以測量溫度、應(yīng)變等物理量。光纖光柵干涉?zhèn)鞲衅鳎和ㄟ^測量光纖光柵中干涉信號的變化來檢測物理量的變化。例如，利用光纖光柵干涉?zhèn)鞲衅骺梢詼y量壓力、振動等物理量。按照應(yīng)用領(lǐng)域不同，光纖光柵傳感器可以分為以下幾類：工業(yè)領(lǐng)域：應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的各種機器設(shè)備、工藝流程和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測等方面。例如，利用光纖光柵傳感器可以實現(xiàn)對機械設(shè)備的應(yīng)變、溫度、壓力等物理量的測量。氣象、海洋領(lǐng)域：應(yīng)用于氣象、海洋環(huán)境監(jiān)測和天氣預(yù)報等方面。例如，利用光纖光柵傳感器可以實現(xiàn)對海洋中水溫、水壓、海浪等物理量的測量。醫(yī)療領(lǐng)域：應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)測和診斷等方面。例如，利用光纖光柵傳感器可以實現(xiàn)對患者的心率、體溫、呼吸等生理參數(shù)的測量。能源領(lǐng)域：應(yīng)用于石油、天然氣、核能等能源生產(chǎn)和輸送過程的監(jiān)測和控制。例如，利用光纖光柵傳感器可以實現(xiàn)對油井壓力、油管泄漏等物理量的測量。其他領(lǐng)域：應(yīng)用于各個領(lǐng)域的研究和實驗，如科學(xué)研究、航空航天、交通運輸?shù)?。二?光纖光柵傳感器的發(fā)展歷程光纖光柵傳感器是基于光纖光柵技術(shù)的一種傳感器，它的發(fā)展歷程如下：1980年代初：光纖光柵傳感器的發(fā)展始于20世
摘要：本文從理論上介紹了布喇格光柵傳感器傳感原理及交叉敏感問題的物理機制，并針對橋梁結(jié)構(gòu)這一復(fù)雜環(huán)境的內(nèi)部應(yīng)變，提出了一種解決交叉敏感問題的新穎方案。 關(guān)鍵詞：橋梁；光纖光柵；交叉敏感；應(yīng)力應(yīng)變；溫度 中圖分類號：TP212.14 文獻標(biāo)識碼：A 一、引言 橋梁是土木工程中重要的一類，其安全性和耐久性日益受到人們的關(guān)注。及時正確把握橋梁內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變，可實現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況的長期實時監(jiān)測，并為將來對其損傷狀況的評估提供依據(jù)。光纖光柵傳感器克服了傳統(tǒng)電類器件的缺陷［1］，以其監(jiān)測精度高、重復(fù)性好和長期穩(wěn)定性，為橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測提供了良好的技術(shù)手段。從1993年加拿大多倫多大學(xué)的研究者率先在卡爾加里的貝丁頓特雷爾橋上布置光纖傳感器進行橋梁監(jiān)測至今[2]，光纖光柵傳感技術(shù)已廣泛應(yīng)用在橋梁等重大土木工程的監(jiān)測中。國內(nèi)目前也已開始在橋梁監(jiān)測中應(yīng)用光纖光柵傳感技術(shù)，如?？谑兰o大橋、巴東長江大橋等。 但是光纖光柵傳感器對溫度和應(yīng)變都是敏感的，即溫度、應(yīng)力均能引起布拉喇光柵中心波長的漂移，這就是交叉敏感。在進行應(yīng)變測量時，很多情況下往往是忽略了溫度的影響，但是在精確的測量中，需采用有效手段來解決這個問題。 二、光纖Bragg光柵傳感原理 [2][3] 布喇格光柵是光纖纖芯折射率受到周期性調(diào)制的光柵。通常的光會全部穿過布喇格光柵而不受影響，只有滿足布喇格條件的光在布喇格光柵處反射后會再返回到原來的方向。由耦合模理論(CMT)[2]可知，光纖布喇格光柵（FBG）的Bragg波長為： 式中，lB—布喇格波長； L—為光柵周期； neff—光纖模式的有效折射率。 由(1)式可以看出，Br
隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，光通信中的一些技術(shù)逐漸為傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了技術(shù)平臺，光纖光柵就是其中之一。以光纖光柵技術(shù)為基礎(chǔ)的光纖光柵傳感器正成為傳感器研究領(lǐng)域中的又一大熱點。同傳統(tǒng)的電傳感器相比，光纖光柵傳感器在傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中具有非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢： 1．可靠性好、抗干擾能力強。由于光纖光柵對被感測信息用波長編碼，而波長是一種絕對參量，它不受光源功率波動以及光纖彎曲等因素引起的系統(tǒng)損耗的影響，因而光纖光柵傳感器具有非常好的可靠性和穩(wěn)定性； 2．傳感頭結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小，適于各種應(yīng)用場合，尤其適合于埋入材料內(nèi)部構(gòu)成所謂的智能材料或結(jié)構(gòu)； 3．抗電磁干擾、抗腐蝕、能在惡劣的化學(xué)環(huán)境下工作； 4．可復(fù)用性強，采用多個光纖光柵傳感器，可以構(gòu)成分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)。 國外對光纖光柵傳感器的研究已經(jīng)基本實現(xiàn)了光纖光柵傳感器的商品化，工程化，如BlueRoadResearch、CiDRA、MOI等。國內(nèi)在光纖光柵傳感器方面的研究工作也取得了一定成果，其中一部分已經(jīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，如上海紫珊光電技術(shù)有限公司、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南開大學(xué)及黑龍江大學(xué)等。
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