SEM加装光纤布拉格光栅（FBG）传感器：原理、应用及未来发展173

近年来，随着科学技术的飞速发展，对精密测量和实时监控的需求日益增长。在众多传感技术中，基于表面电磁波（SEM）技术的传感器因其高灵敏度、非接触式测量等优势而备受关注。然而，SEM传感器自身的局限性，例如易受环境干扰、测量范围有限等，也限制了其应用范围。为此，将光纤布拉格光栅（FBG）传感器与SEM技术相结合，形成SEM加装FBG传感系统，成为一个极具潜力的研究方向，有效弥补了SEM技术的不足，拓展了其应用领域。

一、SEM技术的原理及应用

表面电磁波（SEM）是一种沿着物体表面传播的电磁波，其波长比自由空间电磁波波长短，具有良好的空间局限性和高灵敏度。SEM技术通过测量SEM参数的变化（例如谐振频率、品质因子等）来实现对被测物物理量的测量，例如位移、应变、温度、压力等。SEM传感器在微纳米力学、生物医学、环境监测等领域具有广泛的应用，例如微型机械加工、细胞力学研究、环境污染物监测等。

二、FBG传感器的原理及优势

光纤布拉格光栅（FBG）是一种在光纤纤芯内周期性调制折射率而形成的光学元件。当光波通过FBG时，只有满足布拉格条件的光波才能反射，而其它波长的光波则会透射。FBG的反射波长与光纤的应变和温度密切相关，通过测量FBG的反射波长的变化，可以精确地测量光纤所处的应变和温度。FBG传感器具有许多优点，例如抗电磁干扰能力强、体积小、重量轻、耐腐蚀、可以远距离传输信号等。

三、SEM加装FBG的原理及优势

将FBG传感器与SEM技术相结合，可以有效克服SEM传感器的一些局限性。具体来说，SEM加装FBG传感系统的工作原理是：将FBG传感器粘贴或嵌入到SEM传感器结构中，利用FBG传感器精确测量SEM传感器结构的应变和温度变化，进而间接测量被测物理量。这种结合方式具有以下优势：

1. 提高测量精度： FBG传感器可以提供高精度的应变和温度测量，有效补偿SEM传感器测量误差，提高整体测量精度。

2. 扩大测量范围： FBG传感器的测量范围通常比SEM传感器更大，从而扩展了整个传感系统的测量范围。

3. 增强抗干扰能力： FBG传感器具有良好的抗电磁干扰能力，可以有效降低环境噪声对SEM传感器测量结果的影响。

4. 实现多参数测量：通过在SEM传感器上安装多个FBG传感器，可以实现对多种物理量的同时测量，例如位移、应变、温度等。

5. 简化系统设计： FBG传感器具有体积小、重量轻的特点，不会对SEM传感器结构造成大的影响，简化了系统设计。

四、SEM加装FBG的应用案例

SEM加装FBG传感系统已经在多个领域得到了应用，例如：

1. 精密测量：在微纳米力学测量中，利用FBG传感器精确测量SEM传感器结构的变形，可以提高力学参数测量的精度。

2. 结构健康监测：在桥梁、建筑物等大型结构健康监测中，可以利用SEM加装FBG传感器监测结构的应变和温度变化，及时发现潜在的结构缺陷。

3. 生物医学工程：在生物医学工程中，可以利用SEM加装FBG传感器监测细胞的力学行为，研究细胞的生长和发育过程。