光纤光栅传感器作为一种新型的光纤传感器，具有体积小、可靠性高、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、易于组建传感网络等优点，现已广泛应用于航空航天、海洋探测、地质勘探等领域。已有学者将光纤传感器技术应用于地震监测，并取得较理想的效果。文中介绍了光纤布拉格光栅传感器（Fiber Bragg Grating，FBG）基本原理、火山活动监测系统组成简介，以及分布式光纤光栅传感系统在火山活动监测中需要解决的问题。

（1）光纤光栅传感基本原理。利用光纤材料的光敏性，当外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用时，会引起纤芯内折射率的永久性变化，进而在纤芯内形成空间相位光栅，即光纤光栅。该作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。根据光耦合理论可知，光栅反射波的波长λ_B可以表示为光纤芯区有效折射率n_eff与光纤光栅周期Λ的乘积，公式如下

$ \mathit{\lambda}_{\mathrm{B}}=2 n_{\mathrm{eff}} \mathit{\Lambda} $

(1)

由于温度和应变均会影响到n_eff和Λ，最终影响FBG的λ_B，若二者同时发生改变，仅使用一根光纤光栅进行测量，将难以辨别其变化来源。为消除温度对测量的干扰，通常在传感器设计中，添加温度补偿结构。目前常用温补方法为机械温度补偿法和参考光纤光栅法。

FBG主要由光纤光栅传感器和结构传感封装组成。通过改变传感器的传感结构和外部封装方式，可间接将常见物理量转化为温度和应变的变化，通过分析传感器的基本结构，可建立监测量和FBG中心波长的关系式。在解调装置获得光纤波长的实时变化量∆λ_B，利用建立的关系式反推，便可获得物理量产生的变化量（应力、应变、压力、位移、温度、加速度等），从而丰富光纤光栅的监测功能。常见结构传感有重力式、溶液压强式和悬臂梁式。

（2）监测系统组成。基于光纤光栅分布式传感器的监测系统主要包括光纤光栅采集系统、数据传输与保存系统及信号处理和分析系统3个部分（图 1）。光纤光栅采集系统是火山活动监测的基础部分，包括光纤光栅传感器和解调设备。数据传输与保存系统将分布式传感器采集的各种数据传输到控制及显示平台，并保存。信号处理和分析系统是火山监测系统的关键部分，通过对采集信号的处理和分析，确定物理参数大小，综合分析研判是否达到预警触发指标。

（3）分布式光纤光栅传感系统在火山活动监测中需要解决的问题。由于光纤光栅的独特优点，使得基于光纤光栅的火山活动监测系统相比于传统的火山监测系统，能提供更全面、更大范围的状态信息。分析认为，光纤光栅分布式传感器可用于长白山天池火山活动监测，要解决如下关键技术问题：①外部传感器设计需针对现有传感器进行改进（结构/材料），进一步提升其灵敏度和测量范围；②需考虑如何实现一个传感器对多种物理量的监测；③构建火山预警智能专家系统，将传统火山预警方法与现行神经网络方法相结合，形成跨模态和跨时空的识别专家系统，智能识别火山活动状态。