光纤光栅温度和应变同时测量技术研究进展

分析了光纤光栅温度、应变同时测量原理,综述了光纤光栅传感器温度、应变同时测量技术现状,并对其分别进行了分析,总结了其优缺点.最后对其技术前景进行了展望.     

基于单一倾斜光纤光栅的温度应变同时测量

利用光纤光栅分析软件OptiGrating对倾斜光纤光 栅温度与应变传感进行系统的理论仿真,研究发 现,温度、应变的变化都可以引起倾斜光纤光栅的纤芯模和包层模谐振峰的漂移,而且温度 和应变对纤芯 模与包层模的影响是各不相同的。利用倾斜光纤光栅这一特性,提出了一种基于单一倾斜光 纤光栅的温度 与应变同时测量的传感系统,并通过实验进行了验证。在实验中,光电探测器可以将倾斜光纤 光栅的波长的 漂移转换成电压的变化,由此得到了倾斜光纤光栅只受温度变化时,随着温度的变化,示波 器测到其纤芯 模与包层模的电压(峰—峰值)的变化呈线性变化,其斜率分别为0.063mV/℃和0.001mV/ ℃;其只受 应变变化时,随着应变的变化,示波器测到其纤芯模与包层模的电压(峰—峰值)的变化也 呈线性变化, 其斜率分别为0.009mV/με, 0.001mV/με。研究结果将对倾斜光纤光栅的传感应用具 有一定的指导意义。     

分布式光纤光栅实现应变和温度的同时测量

提出了一种新的能实现对应变和温度同时测量的分布式光纤光栅(FBGs)传感器。该方案利用光纤与其端面连接介质的费涅尔(Fresne1)反射来测温度，以解决温度和应变测量时的交差敏感问题；利用频分复用技术来实现多个FBGs传感器的复用技术。该技术方案能用一系列相同的FBGs来实现多点应变的测量，有实现简单，能实现复用的FBGs多的特点。     

旋转折变型长周期光纤光栅实现应变和温度的同时测量

提出一种基于旋转折变型长周期光纤光栅(R-LPFG)实现应变和温度同时测量的新方法.旋转折变型长周期光纤光栅是利用高频CO2激光在扭曲的普通单模通信光纤上制作的.这种特殊折变结构实现了纤芯基模与非对称包层模L1k奇模和偶模的同时耦合,从而导致R-LPFG的谐振峰发生分裂.通过对这种光栅的应变和温度特性进行实验研究发现,当对它施加轴向应力时,其传输谱的两个谐振峰会向不同方向漂移;而当外界温度改变时,两个峰则会向同一方向漂移且波长漂移灵敏度几乎相同,大约为0.07 nm/℃.     

温度应变双参量同时测量的光纤传感技术研究

光纤光栅用于传感领域存在应变和温度的交叉敏感问题。从温度与应变的分离方法方面主要分双波长矩阵法和双参量矩阵法两类,综述了用于温度和应变同时测量的光纤光栅传感器的最新研究成果,对一些基于其他理论的新方法也做了简要的介绍。概括了各方法的基本原理,并对这些方案的优点和不足进行了分析。     

单个光纤光栅压力和温度的同时测量

采用特殊聚合物封装技术设计的小体积光纤光栅传感头具有压力和温度同时测量功能,能够有效地解决温度交叉敏感问题,利用封装过程出现的两个压力和温度灵敏系数不同的光栅反射峰,实现了压力和温度的单个光栅同时测量.     

用可调谐F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统

理论分析了FBG光纤光栅和长周期光纤光栅应变与温度同时测量的传感原理.在分析实现光纤光栅传感技术解调的基础上,重点研究了可调谐光纤F.P滤波器解调法.提出采用可调F-P滤波器实现分布式应变与温度同时测量系统的解调方案,较好地实现了多点应变与温度的同时测量.这种方法的测量精度较高,其中测量应变的灵敏度可以达到9με,测量应变的灵敏度为15℃.     

一种同时测量温度和应变的光纤光栅传感器

报道了一种新型实用的用单根光纤布拉格光栅(FBG)实现温度和应变分离传感的技术。当光纤光栅一部分包层直径变小时，整个光栅可以看成由两个周期相同但直径不同的子光栅连接而成。理沦分析和实验都证实了这两个子光栅具有相同的温度敏感性和不同的应变敏感性．由此实现光纤光栅传感器中温度和应变两参数的分离测量，而且这两个子光栅的中心波长间距可以直接测量应变大小．温度变化不影响所测量的应变值。实验中光栅的一部分包层直径被HF酸腐蚀到82μm．获得了两子光栅应变响应系数分别为0．00201nm/με．0．000858nm/με，二峰间距的应变响应系数为0．00116nm／με．二峰的温度响应系数均为0．01nm/℃的测量结果．依据这些结果可以对温度和应变进行同时分离测量。     

基于Lyot滤波器和长周期光纤光栅的温度与应变的同时测量

提出了一种基于光纤干涉原理的同时测量温度和应变的传感器,通过在Lyot滤波器(LFF)中熔接一段长周期光纤光栅(LPFG)构成。其中LFF由在起偏器(PL1)和检偏器(PL2)中嵌入一段保偏光纤(PMF)构成。实验结果表明,LFF的干涉谱和LPFG的谐振峰对温度和应变有不同的响应灵敏度,因此可利用敏感矩阵实现对温度和应变的同时测量。实验测得LFF和LPFG的温度灵敏度分别为-1.3173nm/℃和0.0604nm/℃,应变灵敏度分别为-0.0185nm/με和-0.0004nm/με。温度和应变的测量精度分别为±1℃和±25με。该系统采用线性结构,结构简单、易于实现,具有较高的灵敏度和稳定性,同时测量结果具有良好的线性度。     

光纤光栅温度和应力同时区分测量传感技术

分析了光纤光栅对温度和应力区分测量的机理及其理论模型，从不同角度归纳出光纡光栅传感的温度，应和同时区分测量的技术方案，提出了解决温度，应和同时区分测量技术难题的有效途径，最后，指出了现有方案的不足。‘     

光纤光栅应变传感测量中的温度补偿问题

从光纤Bragg光栅应变、温度交叉敏感的物理机制出发,在温度过程补偿和结果补偿的概念基础上分类综述了国内外关于交叉敏感问题的解决方案,介绍了各类方案的工作原理,同时提出了一种双金属补偿结构。     

光纤光栅传感器温度和应变交叉敏感的研究现状

从测量原理和实验装置上详细介绍了利用光纤光栅传感器区分测量温度和应力的两种解决方案:双波长矩阵运算法和双参量矩阵运算法。叙述了其主要工作原理,给出了图示说明,并对它们的优缺点进行了比较分析,为以后选取恰当的测量方法提供了依据。     

光纤布拉格光栅传感器应力和温度同时测量时的误差分析

在转换矩阵法分析光纤Ｂｒａｇｇ光栅应力和温度同时测量的理论基础上，进一步分析了转换矩阵元误差和Ｂｒａｇｇ波长测量误差对应力和温度测量精度的影响，给出了应力在０－２０００μ∈，温度在０－１５０℃的测量范围内，测量误差分别不超过１０μ∈和１℃的计算结果。     

光纤布拉格光栅传感器实现应力测量的最新进展

本文阐述了光纤布拉格光栅的特性及其在智能结构中的重要应用。针对这一应用 ,首先简要介绍了光纤布拉格光栅测量应力的原理 ,然后着重介绍了光纤布拉格光栅测量应力的最新进展。这些新的方法分别使光纤布拉格光栅在测量范围、测量精度、多路复用及实用性方面得到了提高或改进。光纤布拉格光栅要达到实际应用仍需对其作进一步的研究 ,以提高其工作寿命 ,找到简便易行的埋入方法 ,并实现信号的高精度、大动态范围的检测等。     

安装方位对光纤布拉格光栅应变测量的影响

光纤布拉格光栅(FBG)应变测量是基于光栅受到轴向应变作用时其波长将会发生相应变化。但在复杂应力状态下,由于横向效应的存在,光纤布拉格光栅的安装方位对光纤应变测量产生影响。通过理论推导和实验分析验证了安装方位对光纤应变测量的影响,并以单向应力状态为例,导出应变测量误差与光纤布拉格光栅安装方位的关系曲线:光纤的轴向与主应力的夹角60°附近,误差急剧增大,可使测量结果严重失真。为消除安装方位引起的误差,给出了复杂应力状态的应变测量修正公式。     

Simultaneous Strain and Temperature Measurement Using Single High—duty—cycle Sampled Fiber Bragg Grating

A novel and simple fiber grating sensor based on high-duty-cycle sample fiber Bragg grating is proposed and demonstrated experimentally,This type of sensor can measure strain and temperature simultaneously with merits of low cost,high sensitivity and immunity to electro-magneic interference.The sensor has an accuracy of 20μεand 0.8 ℃ over a strain range of 500-1500 με and a temperature range of 5-36℃ under experimental conditions.     

取样光纤光栅温度特性及其温度补偿封装

用长周期振幅掩模板(周期为500μm)和相位掩模板(周期为1.0739μm),采用曝光法制作出了1.5cm长的取样光纤光栅。测试了光纤光栅的温度特性,发现光纤光栅的反射波长随温度的升高向长波方向漂移,三个主峰波长随温度的变化规律是相同的,波长与温度有良好的线性关系,温度变化并不会引起通道间隔的变化,温度漂移系数约为0.01nm/℃。采用与Bragg光纤光栅相同的负温度系数的衬底材料来补偿中心波长随温度的漂移,封装后的取样光纤光栅的温度系数达到0.004nm/℃。     

单个光纤光栅实现对位移和温度的同时测量

结合光纤光栅悬臂梁调谐的特点 ,采用一种新颖的光纤光栅悬臂梁结构 ,将光纤光栅粘贴在悬臂梁和固定端基板的结合处 ,成功地实现了对位移和温度的同时测量。基于光谱分析仪 0 1nm的光谱分辨率 ,实验可得到的位移分辨率为 0 0 8mm ,温度分辨率为 3 1℃ (位移不变时可达 0 73℃ ) ,位移测量范围可达 10 5mm。实验结果与理论分析基本一致