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。     

光纤布拉格光栅温度和应变交叉灵敏度的实验研究

测量了光纤布拉格光栅(FBG)在-150～550℃范围内中心反射波长对应变的依赖关系,得到了光栅的温度和应变交叉灵敏度系数。结果表明,不论是在低温环境还是高温环境,当光纤所受张力小于6000με时,波长变化与应变大小呈线性关系;光栅的应变灵敏度系数和交叉灵敏度系数是温度的函数,温度越低,应变灵敏度系数越大,交叉影响越显著。     

光纤光栅Bragg波长随温度和应力的变化特性及其补偿

本文主要用实验数据简要叙述了光纤光栅中Ｂｒａｇｇ波长随温度和应力的变化呈良好的线性关系，并介绍了一种温度补偿仪，它能有效地抑制光纤光栅的Ｂｒａｇｇ波长随温度的漂移。     

FBG应变传感器的地址询问技术

本文介绍了光行Ｂｒａｇｇ光栅（ＦＢＧ）应变传感器的Ｂｒａｇｇ波长漂移检测的寻址技术，这种基于光纤法布置－珀罗滤光器的寻址技术可以通过波长跟踪方式寻址单个ＦＢＧ传感器， 通过扫描方式寻址多个传感器阵列元。     

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℃.     

长周期光纤光栅的相移和色散特性

推导了长周期光纤光栅的相移和色散与透过系数之间的关系,指出了它们之间存在着内在的联系。对于一典型的长周期光纤光栅,给出了相移和色散系数曲线并结合理论推导对其特性进行了分析。结果表明,相对于Ｂｒａｇｇ光纤光栅,长周期光纤光栅只具有很小的,几乎可以忽略的色散（约为Ｂｒａｇｇ光纤光栅色散的１×１０－５）。进一步的分析指出,这是由长周期光纤光栅不同于Ｂｒａｇｇ光纤光栅的相位匹配条件决定的。     

紫外光写入的光纤Bragg光栅

介绍了紫外光写入光纤Ｂｒａｇｇ光栅的机制和制作方法,描述了光纤Ｂｒａｇｇ光栅技术的发展现状及应用前景。     

长周期光纤光栅单损耗峰实现轴向应变和温度双参量

由于长周期光纤光栅进行传感时存在温度交叉敏感的问题,因此,提出了一种长周期光纤光栅单损耗峰实现温度与轴向应变双参量同时传感的方案。实验制备长周期光纤光栅并分析光栅损耗峰随温度和轴向应变变化的特性：温度导致光栅中心波长漂移,温度灵敏度为90 pm/℃,但是对强度几乎没有影响;轴向应变主要影响光栅的强度,轴向应变灵敏度为12 dB/mε,对中心波长影响较小。实验结果表明,利用长周期光纤光栅单损耗峰从波长漂移和强度变化两个维度进行分析,可以实现温度、轴向应变的双参量同时传感。该方案结构简单,迟滞、重复特性好,具有一定的实际应用价值。     

激光焊接封装的光纤光栅智能悬臂梁

针对光纤光栅在封装过程中容易遭受高温和热应力等破坏,采用激光焊接技术将镀镍金属化后的光纤光栅封装在316不锈钢表面。为了解决光纤光栅温度与应变的交叉敏感问题,基于参考光栅法的温度补偿原理制成了一种智能悬臂梁,实现了对温度和应变的同时测量。试验表明:光纤光栅两侧与不锈钢结合良好,激光焊接过程中光纤表面镀层未被损坏;焊接封装的光栅在23～47 ℃温度范围内进行了温度传感分析,温度灵敏度为22.15 pm/℃,较裸光栅提高了1.34倍。在恒定室温环境下和变温环境下,对焊接封装的光栅进行了应变传感试验,光纤光栅中心波长与应变成均线性变化关系,应变灵敏度分别为-2.24 pm/g和-2.27 pm/g。该智能悬臂梁有较高的测量精度,可用于工业生产中对温度和应变的实时监测。     

FBG温度传感器交叉敏感问题的研究

基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器的温度应变交叉敏感原理,提出了一种新型的高灵敏度FBG温度传感器封装方法,该封装方法通过在金属管内设置弹簧进行预应力封装,完全隔绝外界压力对FBG温度传感器测温的影响,可有效地解决温度和应变对FBG温度传感器交叉敏感的问题,同时提高FBG温度传感器的温度灵敏度。对封装后的光纤光栅温度传感器进行温度特性测试和温度应力交叉敏感测试实验,结果表明,传感器中心波长的变化仅由温度变化引起,不受压力变化的影响。另外,该传感器表现出较好的线性度和重复性,可以达到准确测量温度的目的。     

应变与温度同时测量的二阶灵敏度分析

分析了应变与温度同时测量的光纤传感器中普遍存在的二阶灵敏度问题，导出了二阶灵敏度引起的误差的一般计算公式，并将这些公式和双模椭芯光纤温度、应变扰动的理论模型结合，给出了二阶灵敏度对线性近似误差影响的定量分析结果。     

同时测量多参数FBG传感器的应用与研究

提出一种基于FBG(Fiber Bragg Grating)光纤光栅传感器来实现温度、压力和加速度多参数同时测量的系统设计。采用在等强度悬臂梁上、下两表面对称放置两个FBG传感器,解决了加速度,温度和压力的相互影响问题;同时借镀层技术提高了FBG传感器的灵敏度。实验表明,三个参数能被精确、同时和实时测量,并且FBG传感器的灵敏度也提高了5~10倍。     

基于法布里-珀罗干涉仪和光纤布拉格光栅的双参量光纤传感器

提出了一种结构紧凑的基于法布里-珀罗干涉仪（FPI）和光纤布拉格光栅（FBG）的双参量光纤传感器,其可实现对应变和温度的同时测量。所制作的FPI是通过将一段端面被腐蚀过的多模光纤（MMF）与一小段光敏光纤（PSF）熔接而形成的。PSF的平整端面作为FPI的一个反射面,FBG被刻写在PSF中。实验测得FPI和FBG对于应变的灵敏度分别为 8.63pm/με和1.11 pm/με,对温度的灵敏度分别为和-1.60 pm/℃和9.75pm/℃。由于FBG和FPI对于应变和温度分别有不同的灵敏度,所以它们组合起来可以实现对双参量的同时测量。实验测得传感器同时进行应变和温度测量的最大误差分别为6.72με和0.98℃。     

Sensitivity characteristics of long-period fiber gratings

We present a detailed investigation into the sensitivity of long-period fiber gratings (LPFGs) as a function of temperature, strain, and surrounding refractive index, with particular attention to the higher order cladding modes and the possibilities for ultrasensitive sensors. From a general theoretical analysis, we identify a general sensitivity factor which offers new physical insight into LPFG behavior and represents a useful design aid in conjunction with a set of measurand-specific sensitivity factors. Our analysis reveals the existence of turning points in the mode dispersion characteristics at which ultrasensitive operation may be obtained. In an extensive set of coordinated experiments, we verify the theoretical predictions with close agreement and provide demonstrations of the device behavior close to the turning points. Alternative sensor schemes for temperature, strain, and refractive index based, respectively, on measurement of the dual resonance characteristic of the modes and on the transmission characteristics close to the turning points, utilizing higher order modes of the LPFG, are presented. For two variables at least, we record the highest LPFG sensitivities yet reported     

FBG应变传感器温度交叉敏感补偿技术研究

光纤光栅传感器目前在工业上对高温压力管道表面的应变监控有着广泛的应用。但由于存在应变和温度的交叉影响,使传感器的测量精确度受到了一定的限制,不能满足工业实际需要。通过分析FBG应变传感器的基本工作原理,针对FBG的应变、温度交叉敏感问题,提出并采用了二元回归分析算法来实现FBG应变传感器的温度补偿模型。由计算机程序运行结果和实验结果表明,利用二元回归分析法对FBG应变传感器进行数据融合处理后,温度灵敏系数由2.74×10-2/℃降低为9.16×10-5/℃,温度的交叉敏感性得到明显改善,可满足高温压力管道应变测量的实际测量要求。     

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。     

基于微滴腐蚀的微纳光纤Farby-Perot腔的折射率传感特性

为了实现高精度和高灵敏度的折射率测量,采用微米级氢氟酸液滴化学腐蚀的方法制作非对称的微纳光纤Fabry-Perot (FP)腔,具有波导尺寸小、损耗低、双折射率高和腔Q值高等优点。不同正交偏振方向的谐振模式对外界折射率变化具有不同的响应,沿光纤快轴方向的模式折射率灵敏度为133.8 nm/RI-unit,沿光纤慢轴方向的模式折射率灵敏度为117.1 nm/RI-unit,快慢轴方向的温度灵敏度均为11.99 pm/℃,通过光谱仪监测两束偏振光的波长差可实现温度独立的折射率测量。采用不同FP腔参数的光纤传感器进行实验研究,结果表明,光纤FP传感器腔直径越小,腐蚀占腔长比越高,其折射率灵敏度越高。     

CO2激光刻写长周期光纤光栅与光纤MZ结构的双参数传感特性

为了实现温度与应变的双参数高精度传感测量,提出了一种CO2激光刻写长周期光纤光栅（Long Period Fiber Grating,LPFG）与光纤马赫-增德尔（MZ）干涉型结构的光纤传感器,利用CO2激光刻写制作LPFG并利用错位熔接法制备光纤MZ结构,将二者级联并实时监测温度及应变变化时的透射谱变化,研究了其传感原理并验证了其温度及应变传感特性。实验结果表明:该双参数光纤传感器的LPFG仅对温度敏感,MZ干涉结构对温度和应变都敏感;在温度范围35~70℃时,LPFG特征波长升温灵敏度38.57 pm/℃,降温灵敏度39.17 pm/℃;MZ干涉结构特征波长升温灵敏度38.57 pm/℃,降温灵敏度为37.50 pm/℃;当应变范围0~450 时,MZ干涉结构加载灵敏度4.01 pm/,卸载灵敏度为4.24 pm/。为温度和应变的实时测量提供了一种灵敏度高、线性度好的光纤传感器。     

Strain sensor without temperature compensation based on LPFG with strongly rotary refractive index modulation

The strain and temperature characteristics of a novel long-period fibre grating with strongly rotary refractive index change modulation (S-R-LPFG) was investigated, this believed to be for the first time. It was observed that the two split resonant peaks continually separated when the strain was applied to it, and the temperature sensitivities are all 0.07 nm/degC. Such kinds of S-R-LPFG can be used to measure strain by using the wavelength difference between the two split peaks, which do not need temperature compensation because the two peaks shift to the same direction and have the same temperature sensitivity when environmental temperature changes.     

光纤Bragg光栅应变传感研究

基于光纤Bragg光栅应变传感模型 ,利用泰勒级数展开法 ,将光纤Bragg光栅反射峰中心波长所满足的Bragg方程展开 ,得到了中心波长相对偏移量与应变增量之间的二次解析关系式 ,进而得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的解析表达式 ,计算了一阶、二阶应变灵敏度系数的理论值 ;并将光纤Bragg光栅粘贴在悬臂梁上进行拉伸和压缩 ,得到了与应变对应的光纤Bragg光栅中心波长偏移量 ,通过线性和二次多项式拟合 ,得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的实验值 ;各阶应变灵敏度系数的理论值与实验值吻合得到很好