光纤光栅是一种在光纤内部通过特定技术制作的周期性折射率变化结构，它在光通信和光传感领域具有广泛的应用。光纤光栅的主要类型包括长周期光纤光栅（LPFG）和布拉格光纤光栅（FBG），它们利用不同的光学原理实现光的反射或透射特性。 长周期光纤光栅具有较长的周期，一般在几百微米的数量级。由于其长周期结构，LPFG主要通过模式耦合的方式对光进行操作，通常用于波长选择性滤波和光传感。在特定的波长下，光从核心模耦合到包层模，从而实现了特定波长光的减弱。LPFG因其较大的模式耦合区域，对于制造过程中的缺陷较为不敏感，且易于调节。 布拉格光纤光栅具有较短的周期，一般在几百纳米到微米的数量级。FBG利用的是光纤内部的折射率变化对特定波长的光进行反射，这个波长通常被称为布拉格波长。布拉格波长由光纤光栅的周期和有效折射率决定。FBG通常应用于光纤传感、光纤激光器的制造、色散补偿以及光纤通信网络中的滤波器等领域。 光纤光栅的仿真文件通常用于模拟和分析光纤光栅的透射谱和反射谱。通过仿真软件，如Matlab，可以更改光纤光栅的各种参数（例如周期、折射率调制深度、长度等），以及光纤光栅所处环境的折射率等，来研究这些参数对光纤光栅性能的影响。 光纤光栅的仿真研究对于理解和设计光纤光栅传感器及光纤通信系统中的关键元件具有重要意义。在光通信系统中，光纤光栅用于实现波长选择性滤波、波长路由以及色散补偿等功能，以提高系统性能。在光传感领域，光纤光栅因其体积小、灵敏度高、抗电磁干扰能力强等优势，在温度、应力、压力等物理量的测量中得到广泛应用。 通过仿真工具可以深入探讨光纤光栅的特性与应用。仿真不仅可以帮助研究者优化光纤光栅的设计，还可以在实际制作之前预测其性能，从而节省研发成本，缩短研发周期。仿真软件为研究者提供了便捷的途径去测试各种参数，进而获得最佳设计。 光纤光栅及其仿真技术是现代通信系统中不可或缺的组成部分，它们的发展推动了光通信和光传感技术的进步。随着科技的发展，光纤光栅的应用将会更加多样化，其仿真技术也将进一步完善，为实现更高效、精确的光学系统提供支持。

针对矿井提升机盘式制动器制动力矩现有测量方法准确度不高和难以直接测量的问题,在分析盘式制动器工作原理与受力情况的基础上,提出了基于制动器支座应变与光纤光栅的制动器力矩测量方法。首先由Solid Works建立了制动器支座的三维模型,经过ANSYS有限元分析,得到了支座的应变云图,以及应变与制动力矩之间的函数关系;其次基于应变云图确定了敏感元件布置位置,选择确定了适于微小应变测量的光纤光栅式敏感元件及其型号,并建立了制动力矩与光纤光栅波长变化量的函数关系;最终实现了基于支座应变与光纤光栅的盘式制动器力矩测量。

针对深厚松散层冻结井筒解冻期间井壁受力特性变化复杂的难题,为确保板集煤矿副井井筒施工安全,基于光纤光栅传感技术,分析了传感力学模型,采用埋入式FBG传感器构建了在线监测系统,对井筒井壁结构进行信息化监测,获得了多方位、多层位井筒应变的实时数据。通过与传统的振弦式传感技术监测数据相比较,发现2种监测结果在时空上具有一致性,都能基本反映副井井筒弯曲段复杂受力状况。应用结果表明:光纤光栅传感监测系统可在线实时监测井壁内部混凝土的应变变化情况,可较准确地掌握整个竖井井壁的安全状况。

为了研究复杂地质条件下竖井井筒的受力变形情况,以安徽国投新集板集煤矿风井为研究对象,采用光纤光栅技术研发的实时在线监测系统监测复杂环境条件下的竖井井筒结构,建立了运用埋入井壁混凝土中的光纤光栅传感器的波长变化来反映井筒受力的应力应变和周围温度变化的监测方法,并通过光纤传输到计算机中进行计算分析,实现远程实时在线监测。研究结果表明,基于光纤光栅技术研发的竖井井筒安全监测系统,可以对复杂地质条件下的井筒受力变形情况进行实时在线监测,对目前复杂多变地质条件下的深井开采具有重要的理论意义和现实意义。

基于光纤光栅传感原理及受力传感特性,设计了一种光纤光栅测力锚杆。在力学分析的基础上,确定了锚杆轴力与光纤光栅中心波长的数学关系,并进行相关力学标定试验。试验结果表明,光纤光栅中心波长偏移量与载荷之间具有良好的线性关系,线性度高达0.994 5,测量精度较高;光纤光栅传感器应力灵敏度系数为0.013 2 nm/k N,和理论分析情况基本一致;从试验分析可以得出,利用光纤光栅传感技术对锚杆工作状态进行监测是可行的。

立井的安全在矿井建设中尤为重要,因此对其进行安全性监测必不可少。采用光纤光栅传感器对内蒙古鄂尔多斯冻结井筒进行了监测,监测内容包括井壁钢筋轴力、混凝土应变和井壁温度,在实际监测过程中充分体现了光纤光栅传感器具有的高精度测量、分布式测量的优点。最后对监测结果进行了分析,得出了一些有用的结论,表明利用光纤光栅传感器监测冻结井筒具有很好的效果。

基于光纤Bragg光栅传感原理与技术,通过实验室力学标定试验建立光纤光栅反射波波长与锚杆轴向应力、温度的物理关系,构建基于温度补偿的光纤光栅测力锚杆受力动态监测技术;并在塔山矿进行井下光纤Bragg光栅测力锚杆受力动态监测试验。试验结果表明,光纤Bragg光栅反射波波长偏移量呈高度线性关系,相关系数达0.99,光纤光栅测力具备高测量精度;但与此同时,光纤Bragg光栅反射波波长对温度变化敏感,温度每升高1℃,光纤Bragg光栅波长大约增加59 pm。基于温度补偿的光纤Bragg光栅井下锚杆受力动态监测系统可实现锚杆工作状态的高精度动态监测。

针对液压支架支护阻力研究方法和监测技术的不足,基于光纤光栅传感原理和"膜片+连接杆"式结构,研制了一种用于液压支架工作阻力监测的光纤光栅支架压力表。通过力学分析和Ansys仿真分析,推导出膜片结构最大挠度表达式及光纤光栅中心波长与压力之间的线性关系,并得出变形和应力云图,证明了力学分析与仿真分析的一致性;对其进行了温补性能测试,去除了温度干扰,提高了精度;利用自主研发的光纤光栅传感器标定装置,对其进行了5次加-卸载试验。结果表明:2个光纤光栅压力计具有较高的压力灵敏度,其灵敏度系数分别在27.4pm/MPa和27.6pm/MPa附近波动,与理论计算的灵敏度系数接近,且具有良好的线性度和工作重复性,可靠性较高。

为了简单直接地解调出光纤光栅的波长移动,提出了另外一种非平衡马赫曾德尔干涉仪的直接解调技术。用一只2×2耦合器和一只3×3耦合器组成非平衡的马赫曾德尔光纤干涉仪,作为光纤光栅的波长移动解调器。解调器输出的3路信号,互成120°相位差。通过对3路输出信号计算的方法,就可以直接解调出光纤光栅的波长移动。将3路信号采集送入计算机,用软件实现了信号的解调。测量结果表明,在干涉仪两臂长度相关5 mm时,测量动态应变的分辨率达到了0??51 nε/Hz1/2。还得到了输出信号的频谱和输入输出信号的关系。

倾斜光纤光栅作为一种特殊结构的光纤光栅,近年来受到了研究人员的广泛关注。基于模式耦合理论,仿真研究了光栅周期对倾斜光纤光栅透射谱的影响规律。研究结果表明,纤芯导模与包层模的波长差和光栅周期之间存在良好的线性关系。利用这一结论可提高倾斜光纤光栅在应变测量中的灵敏度和检测精度,且能够实现单光纤多测量的目的。