光纤光栅传感器在土木工程，能源，航天，汽车等领域被广泛应用，然而，光纤光栅（FBG）传感器归根结底是光电专业的测试手段，没有相关专业背景的工程师怎么能够快速上手呢？我们这里尽量通俗易懂的描述让正在使用或者即将使用FBG传感器的研究人员明白FBG传感的原理和使用，以及设备关键指标。
1. 认识光纤和光纤光栅
我们用于传感的FBG通常都是基于单模光纤，因此我们这里只介绍单模光纤。
图1单模光纤结构
如图1为单模裸光纤的结构，何为裸光纤？我们通常把没有任何保护套的光纤称为裸光纤，或者简称裸纤。单模裸光纤有3层结构：纤芯（Φ6~9μm），包层（Φ125μm），涂覆层。
图2光纤光栅示意图
如图2，单模光纤的某一段纤芯被特殊处理后，纤芯的折射率呈周期性分布，这样的特俗区域叫光栅区域。
光纤与刻有光栅的光纤从外观上无法分辨，都是类似钓鱼线的透明细线（如图3）。通常厂家会用记号笔在光纤上标记出光栅区域（如图4）。
图3 裸光纤
图4 栅区标记
2. 光纤光栅传感原理
上一节我们认识了什么是FBG，接下来我们介绍一下FBG的光学特性。如图5当一束宽谱光（即含有多个波长成分）从光纤光栅一端入射，然后光束在光纤中传输并经过光栅，这时候，其中某一个波长成分则无法通过光栅（被截止），被光栅反射回来，其余波长成分都可以通过光栅。我们把反射波长叫做光栅的中心波长。
图5 光栅光谱特性
如图6当FBG的长度发生变化（通常由应变和温度引起），其中心波长产生一定变化（漂移），变化量（漂移量）与长度变化量呈线性对应关系，即中心波长变化量与应变量或者温度变化量呈线性关系。
图6 FBG中心波长变化
利用以上特性，我们即可进行应变/温度测试。FBG光纤传感系统由解调仪，上位机（控制软件），传感器组成。这里解调仪是主要硬件，各解调仪厂家都会提供相应的控制采集软件，传感器一般由用户自己采购。解调仪的作用就是采集FBG的反射中心波长，快速解调中心波长的变化。有了中心波长变化量我们只需乘以相应的应变/温度传感系数即可得到应变或者温度。
3. 温度补偿
我们在进行测试的时候，FBG自己是无法分辨长度变化是由应变引起还是由温度引起。所以，往往FBG测试得到的结果是由应变和温度共同作用的结果。如何把应变和温度分开？
图7
如图7，为了分开测试应变和温度，我们需要在测试应变的时候，保证测试环境温度不变。或者进行温度测试的时候，光纤不要产生应变。后者容易实现，只需要光纤保持松弛状态即可。但是在进行应变测试时，想要保证测试环境温度不变有点难以实现，因此我们需要在应变测试时进行温度补偿。
图8
如图8，我们需要在应变FBG旁边布置一根温度FBG，温度FBG更好松弛放置在一根套塑料管内，这样温度FBG感知到的波长变量∆λt即为纯温度引起；而应变FBG感知到的波长变量∆λ为应变和温度共同引起的，剔除∆λt即为纯应变引起的波长。这样即为温度补偿的方法。
4. 解调仪主要技术指标
波长分辨率
波长分辨率代表解调仪能够分辨最小的应变或者温度，是一项非常重要的技术指标。
波长稳定性和精度
同样，波长稳定性和精度可以保证测试值稳定可靠。通常解调仪内置波长校准装置可以提高波长精度和稳定性。
波长范围
解调仪内部光源的波长范围决定了单通道较大能够连接的传感器数量。如，现在市场最多的解调仪波长范围为40nm，通常我们给每个传感器分配2nm带宽，则单通道能够连接20个传感器。
通道数量
多通道FBG解调仪由内部光开关实现。如果通道数较多，每个通道分配的光功率会降低，会影响动态范围。
采样率
即系统的采集速率，如100Hz采样率代表1s内采集100次数据。采样率足够高才能进行高频动态测试。采样率高也代表更多的数据，需要考虑合适的采样率，保证硬件容量和后期数据处理的工作量。
