光纤布拉格光栅原理

布拉格光栅湿度传感器的应用

光纤布拉格光栅湿度传感器研究

丁宏伟，金永君

黑龙江科技学院数力系．哈尔滨１５００２７

摘要基于光纤布拉格光栅（ＦＢＧ）的应力传感特性。提出了一种湿度传感方法。给出了湿度传感器的设计和实验测量系统。理论推导显示。涂有湿敏材料的ＦＢＧ对湿度的传感可转化为对应变的快速响应，结合温度的有效补偿。可以共同反映在ＦＢＧ中心反射波长的漂移上。研究结果表明。ＦＢＧ湿度传感器能在较大温度范围内保持线性特性。并具有稳定性持久、响应速度快等优点。关ｔ词

光纤布拉格光栅；湿度传感；湿敏材料

中圈分类号ＴＮ２１８

文献标识码Ａ

文章■号１０００—７８５７（２００８）２２－００５４－０４

Ｓｔｕｄｙ

ｏｎ

ＦＢＧＨｕｍｉｄｉｔｙＳｅｎｓｏｒ

象、微震动、声音、磁场、电压、电流等非光学量的光学测量。

随着工农业的发展和科学技术的进步。湿度测量显得越

ＤＩＮＧＨｏｎｇｗｅｉ，ＪＩＮ

Ｙｏｎｇｊｕｎ

来越重要。对湿度传感器的环境适应性以及测量范围、响应速度、测量精度等主要指标的要求也越来越高。在现有的温

ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓａｎｄ

Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，Ｈｅｉｌｏｎ哥ｉａｎｇ

度一湿度传感器中，湿度参量的高精度测量比温度参鼍要困Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆＳｃｉｅｎ

MATLAB反射谱仿真

张睿

一、 前言

光纤光栅是纤芯折射率受到周期性微扰而形成的一种全光纤无源器件，自问世以来，由

于其与光纤通信系统兼容、体积小、插入损耗低、结构简单、成本低等等，广泛应用于光纤通信、光纤传感、光信息处理等领域，对于光纤光栅的分析，通常主要用耦合模理论、付立叶变换理论与传输矩阵理论，本文主要得用传输矩阵理论对均匀布拉格光栅的反射谱进行理论分析和仿真。

二、 均匀布拉格光栅的原理

假设光纤光栅的模型如下：

ABziZi+1

图 光纤光栅的输入与输出

如图可知输入为：A?zi?、B?zi?1?;输出为：B?zi?、A?zi?1?，但是为了表示方便，输入为：A?zi?、

B?zi?，输出为：A?zi?1?、B?zi?1?。

利用麦克斯韦方程组可以得到光波在光波导中的耦合模方程：

?dA?j(?2?z)??j?Be??dz ? (3)

dBj(2?z)????j?*Ae???dz其中：????由边界条件：

??

??A?zi??1 ?

布拉格学派

1、建立—— 发展 A，产生历史背景

1、历史比较语言学的衰微

整体上讲，19世纪是历史比较语言学的世纪，历史的方法比非历史的方法影响更加广泛。首先，历史方法过多注意语言个别语音和个别词形的原始形式，对这些个别语音和个别词形与其他语音和词形的相互关系考察不够。由于这种方法的关注点在于一个个孤立的个体，语言的整体结构性和系统性往往被忽略了。（原子主义）其次，语言的历史材料离我们越是久远越是残缺不全，而根据一些残缺不全的材料虚构原始语言形式往往会使问题简单化，并带有较多的主观随意性。在语言学史上，一种方法的提出和发展往往是基于对已有的方法的批判性的继承的。1911年，马泰修斯在布拉格发表了《论语言现象的潜势》的著名演讲，索绪尔在日内瓦讲授共时语言学，博阿斯撰写序言的《美洲印第安手册》在美国出版。这表明共时研究的思想已经在同一个阶段在不同的地区产生的。 2、索绪尔理论的影响

布拉格学派主要领导人马泰修斯的许多语言学思想和观点都与索绪尔非常接近。比如：他强调语言的比较分析，但强调不能局限于历时的，更应该注意共时的、静态的比较；比较的目的是“为

了揭示语言体系和语言体系发展过程中的结构上的规律性。”这一思想是索绪尔思想的核心，是结构主义学派的

布拉格学派

1、建立—— 发展 A，产生历史背景

1、历史比较语言学的衰微

整体上讲，19世纪是历史比较语言学的世纪，历史的方法比非历史的方法影响更加广泛。首先，历史方法过多注意语言个别语音和个别词形的原始形式，对这些个别语音和个别词形与其他语音和词形的相互关系考察不够。由于这种方法的关注点在于一个个孤立的个体，语言的整体结构性和系统性往往被忽略了。（原子主义）其次，语言的历史材料离我们越是久远越是残缺不全，而根据一些残缺不全的材料虚构原始语言形式往往会使问题简单化，并带有较多的主观随意性。在语言学史上，一种方法的提出和发展往往是基于对已有的方法的批判性的继承的。1911年，马泰修斯在布拉格发表了《论语言现象的潜势》的著名演讲，索绪尔在日内瓦讲授共时语言学，博阿斯撰写序言的《美洲印第安手册》在美国出版。这表明共时研究的思想已经在同一个阶段在不同的地区产生的。 2、索绪尔理论的影响

布拉格学派主要领导人马泰修斯的许多语言学思想和观点都与索绪尔非常接近。比如：他强调语言的比较分析，但强调不能局限于历时的，更应该注意共时的、静态的比较；比较的目的是“为

了揭示语言体系和语言体系发展过程中的结构上的规律性。”这一思想是索绪尔思想的核心，是结构主义学派的

内容提要

随着人类社会的不断进步和发展，通讯设备和计算机成为了人们生活中必不可少的重要工具。基于电子技术的通信网络和计算机由于存在较多的电-光、光-电、电-电装换，使得通信与计算速率都接近了瓶颈，因此人们迫切希望全光通信网络和光计算机的诞生。而全光时间积分器又是构成光计算机的重要部分。传统电子学上的积分器是实现对输入信号进行积分运算的电路，属于一种基本的电路，在压控振荡器、波形发生器、扫描电路等许多方面有着重要的应用。而全光时间积分器是对输入的任意光波波形进行时间积分，其处理速度大大的超过了传统电子技术里的积分器。因此，全光时间积分器的研究有着重要的意义。

本文首先介绍了光纤光栅的发展历史和至今的应用情况。然后从对相移光纤布拉格光栅的理论研究出发，提出了基于相移光纤布拉格光栅的1阶全光时间积分器和N阶全光时间积分器的设计。并用matlab对设计的模型进行数值模拟分析，为以后的研究提供了理论基础。

本文分为四个部分：

第一部分：简要介绍了光纤光栅的历史以及发展状况、光纤光栅的种类，以及光纤光栅在通信领域和传感领域的应用。

第二部分：详细的介绍了光纤布拉格光栅的理论，重点介绍了两个重要的分析方法，分别是耦合模理论和传输矩阵法。为后面全光积分器的分析打下理论

布拉格学派

语言学中的结构主义是由索绪尔关于语言是一个符号系统的理论发展出来的，主要包括三个学派：布拉格学派、哥本哈根学派和美国描写语言学。 下面我们先介绍布拉格学派。

一 布拉格学派的形成

1926年，特鲁别茨柯依(H．C．Tpy euko ，1890—1938)、马德修斯(V．Mathesius，1832—1945)、雅可布逊(R．Jakobson，1896—1982，20至30年代侨居布拉格，后移居美国，在美国哈佛大学和麻省理工学院任教)在布拉格成立布拉格语言学会(Cercle Linguistique de Prague)。1928年,第一次语言学家国际会议在海牙召开，他们在会议上十分活跃，提出了好几篇音位学论文，被称为“布拉格音位学派”。1929年的国际斯拉夫学会议上，他们提出了布拉格学派的论纲，1929—1939年，他们出版了《布拉格语言学会会刊》(Travaux du Cercle Linguistiquede Prague)。1935—1953年，出版季刊《词与文》(SaS)，刊物的副标题是：布拉格语言学会机关刊物。1953年布拉格语言学会在组织上解体后，《词与文》变成了捷克科学院的刊物，至今仍在出版。

布拉

布拉格高级公寓酒店(Premium Prague Apartments)

布拉格高级公寓酒店位于布拉格，是家3星级酒店，布拉格理想的下榻之处，您的旅途也将因此而与一份温暖、一份感动不期而遇，而且在所有的布拉格酒店价格中，布拉格高级公寓酒店收费也是比较合理的。酒店，距离布拉格老城广场步行6分钟。

中文名称布拉格高级公寓酒店

英文名称Premium Prague Apartments

酒店星级3星级

房间数量 3

酒店地址U milosrdnych 804/14, 布拉格, 110 00, 捷克

周围景观黄金巷、伏尔塔瓦河、天文钟、布拉格城堡、泰恩教堂、查理大桥、老城桥塔、布拉格老城广场、布拉格老市政厅、火药塔、圣维特大教堂

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酒店的图片

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酒店位置与交通信息

酒店交通比较方便，以各主要景点的距离如下：

布拉格老城广场：步行6分钟

查理大桥：步行16分钟

天文钟：步行7分钟

布拉格城堡：步行24分钟，或

布拉格解龙莫瓦住宅酒店(Residence Jeronymova)

布拉格解龙莫瓦住宅酒店位于布拉格，是家2星级酒店，是布拉格最受欢迎的酒店之一。凭借独有的人文素养和其婉约美丽的殷殷之情不断吸引着广大顾客的到访，酒店的设施、服务也非常好，号称有最好的布拉格酒店预订服务，因为有这里有非常棒的酒店预订系统。属于布拉格经济酒店,虽然是经济型，不过服务依然很好，有家庭的感觉，卫生也比较干净。酒店位置较好，距离布拉格环球蓝联退税点步行27分钟，或打车6分钟，车程约3.6公里。

中文名称布拉格解龙莫瓦住宅酒店

英文名称Residence Jeronymova

酒店星级2星级

地理位置中央火车站

房间数量9

酒店地址Jeronymova 3, 布拉格, 130 00, 捷克

周围景观布拉格汽船公司、布拉格主队球场、布拉格环球蓝联退税点、bordo夜店、布拉格地下室夜总会、布拉格电影院、纳普利科佩街、Karlovy Lázně夜店、CineStar电影院、Palladium商场、影像剧院

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布拉格光栅的研究

1 概述

光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光纤光栅具有高灵敏度、低损耗、易制作、性能稳定可靠、易与系统及其它光纤器件连接等优点，因而在光通信、光纤传感等领域得到了广泛应用[1]。

在光纤通信领域，利用光纤光栅可以制成光纤激光器、光纤色散补偿器、光插、分复用器、光纤放大器的增益均衡器等[2]，这些器件都是光纤通信系统中不可缺少的重要器件，可见光纤光栅对光纤通信的重要性，因此光纤光栅也被认为是掺铒光纤放大器之后出现的又一关键器件。

在光纤传感领域，光纤光栅也起到了及其重要的作用。光纤光栅的传感机制包括温度引起的形变和热光效应、应变引起的形变和弹光效应、磁场引起的法拉第效应及折射率引起的有效折射率变化等。当光纤光栅所处的温度、应力、磁场、溶液浓度等外界环境的发生变化时，光栅周期或者光纤的有效折射率等参数也随之改变，通过测量由此带来的光纤光栅的共振波长变化或者共振波长处的透射功率变化可以获取所需的传感信息[3]，由此可见，光纤光栅是波长型检测器件，所以其不光具有普通光纤的优良特性，而且测量信号不易受光强波动及系统损耗的影响，抗干扰能力更强，还可利用波分复用技术，

光纤光栅传感器的封装设计

一、高温光纤光栅温度传感器的封装设计

1.实用化高温光纤光栅温度传感器的设计要求

a.高温光纤光栅的自身要求

高温光纤光栅在高温环境下进行长期工作时，要求其反射率不会发生大幅度的衰减。

b.应用环境的要求

传感器的结构设计要能够便于实际的工程安装，尽量避免安装环境的差异导致传感器特性的改变，如外界应力作用于传感器导致光纤光栅的波长漂移、反射率下降等负面影响。同时要确保正常的现场施工不会对传感器和连接的光缆造成严重破坏，要能够保证信号的正常采集与传输。

c.使用寿命的要求

传感器的寿命与传感器的应用环境直接相关，高温环境将大幅度地缩减传感器的寿命。因此，在确保传感元件自身寿命的前提上，要尽量减小因封装技术给传感器寿命带来的负面影响。封装高温光纤光栅传感器的各种材料都要能够承受高温环境的长期考验，尤其需重视胶水的高温稳定性。

2.实用化高温光纤光栅温度传感器的设计思路

高温光纤光栅温度传感器的封装工作主要分为：材料的选择、封装结构的设计、相关的封装工艺。

a.材料的选择

在选择封装材料时，要确保他们在高温环境下的稳定性。 1）胶水的选择

Fireplace Sealant ST-1260 是一种单组份中性结构胶，具有防火