光纤光栅传感器（Fiber Bragg Grating Sensor, FBG Sensor）的工作原理基于光纤光栅对特定波长光的选择性反射特性，通过测量反射波长（布拉格波长）的偏移量来感知外界物理量（如温度、应变、压力等）的变化。以下是详细过程：

核心原理：布拉格条件（Bragg Condition）

1. 光栅结构：
   在光纤纤芯内部，利用紫外激光干涉技术在光纤上刻写周期性折射率调制结构，形成光纤布拉格光栅（FBG）。其折射率沿光纤轴向呈周期性变化，周期长度为 Λ（光栅常数）。

2. 选择性反射：
   当一束宽带光通过FBG时，满足布拉格条件的光波长会被反射，其余波长透射。被反射的特征波长称为布拉格波长（λ_B），由公式决定：
   λ_B = 2n·Λ
   （n：纤芯有效折射率；Λ：光栅周期）。

传感机制：布拉格波长的偏移

当外界环境（温度、应力等）变化时，FBG的 n 或 Λ 会改变，导致反射波长λ_B偏移：

• 应变影响：
  • 光纤被拉伸或压缩时，光栅周期Λ变化 → λ_B偏移。
  • 压力、振动、位移等物理量通过改变光纤的形变转换为应变。
• 温度影响：
  • 温度变化导致光纤热胀冷缩（Λ变化）及折射率温度效应（n变化）→ λ_B偏移。

测量过程

1. 解调系统：
   光源发出宽带光，经FBG反射后，反射光波长λ_B由光谱分析仪或解调仪检测。
2. 数据分析：
   通过精密测量λ_B的偏移量Δλ_B，结合标定系数，推算出外界物理量的变化值： Δλ_B = K_T·ΔT + K_ε·ε
   （K_T: 温度灵敏度系数；K_ε: 应变灵敏度系数）。

优势特点

1. 绝对测量：
   直接检测波长偏移量，无需参考点，避免信号漂移。
2. 抗干扰强：
   光信号不受电磁干扰，适合复杂工业环境。
3. 多路复用：
   单根光纤可串联多个不同布拉格波长的FBG，实现多点分布式传感。
4. 高精度：
   波长分辨率可达皮米（pm）级，对应变/温度灵敏度高。

典型应用

• 结构健康监测：桥梁、大坝的应力、裂缝检测。
• 航空航天：飞机机翼、发动机的应变与温度监测。
• 能源领域：油田井下温度/压力传感、风力发电机叶片形变监测。
• 医疗设备：微创手术器械的力反馈与温度控制。

总结

光纤光栅传感器的本质是将物理量的变化转换为光栅反射波长的移动，通过高精度光谱分析实现非电信号的无源检测。其波长编码特性使其成为高性能、抗干扰、多参数传感的理想选择。