光纤布拉格光栅传感器的温度补偿研究

应力和温度变化引起光纤布拉格光栅(FBG)传感器中心波长漂移的交叉敏感效应制约了光纤布拉格光栅传感器的实用化。在简介光纤布拉格光栅传感器工作原理的基础上,综述了近年来国内外在该领域实现温度补偿的相关技术和消除或减弱传感器温度敏感的方法,阐述了光纤布拉格光栅传感器温度补偿的原理,并分析了每种方法的特点,探讨了光纤布拉格光栅传感器应用中存在的问题。     

悬臂梁中对布拉格光栅应变传感的温度补偿研究

本文首先分析了光纤布拉格光栅传感的基本原理和布拉格光栅波长变化与环境温度和应变的相关方程,然后基于等强度悬臂梁设计了一个简单有效的消除温度影响的应变测量方法.最后,在温度范围为0～60℃之间进行了应变的测试,实验结果表明测量误差为8.32 με.     

悬臂梁光纤光栅磁场传感器

介绍一种新的磁场传感器的原理,传感元件为贴在等腰三角梁上的光纤光栅。实验上测得该传感器的灵敏度为18．1T/nm,与理论值17．6T／nm相吻合。     

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。     

准分子激光刻蚀光纤布拉格光栅

准分子激光光刻是21世纪提高超大规模集成电路(VLSI)集成度的一项关键技术，而近年来基于准分子紫外光源制作光纤布拉格光栅元件(FBG)的技术日益成为国内外的研究热点．本文简述了准分子激光光刻的研究现状和光纤布拉格光栅的应用，详细介绍了利用紫外激光制作FBG的技术和相应准分子激光光源关键技术的发展．     

光纤光栅传感器的研究与应用

介绍了光纤光栅传感器的技术优势。阐述了光纤光栅传感器的基本结构和布拉格光纤光栅的工作原理,分析了光纤光栅对温度和应变区分测量的机理,并从不同角度归纳出光纤光栅传感的温度、应变同时区分测量的技术方案,最后简单介绍了光纤光栅的应用。     

锥形光纤光栅传感器交叉敏感问题的仿真研究

利用单个光纤光栅传感器的锥形结构和必要的参数同时测量应力和温度。通过写入线性光纤并将其制成锥形结构,利用FBG(光纤布拉格光栅)的波长峰值和波形半峰值宽度来编码信息。FBG的半峰值宽度只依赖于应力,与温度的变化无关,利用这一特性,可以实现用单个光纤光栅解决应力和温度的交叉敏感问题。Matlab软件仿真结果表明,应力和温度的误差分别界定为±15.26με和±1.92℃。     

准分子激光刻蚀光纤布拉格光栅

准分子激光光刻是21世纪提高超大规模集成电路(VLSI)集成度的一项关键技术,而近年来基于准分子紫外光源制作光纤布拉格光栅元件(FBG)的技术日益成为国内外的研究热点。本文简述了准分子激光光刻的研究现状和光纤布拉格光栅的应用,详细介绍了利用紫外激光制作FBG的技术和相应准分子激光光源关键技术的发展。     

利用悬臂梁将均匀周期光纤光栅变为啁啾光纤光栅

利用均质、等厚及等腰梯形的悬臂梁,对刚性粘贴其表面的光纤光栅的布喇格反射中心波长在1557．68～1564．2nm范围内进行了线性调谐,同时带宽为外0.52nm的均匀周期的光纤光栅被调谐成带宽为2．52nm的啁啾光栅,且啁啾量可调。随着带宽的增加,反射谱的峰值功率呈减弱的趋势。     

基于参考光栅的光纤光栅应变传感器温度补偿

为解决光纤布拉格光栅（FBG）应变测量时的应变、温度交叉敏感问题，利用FBG便于构成传感网络的优点，将温度补偿参考FBG与应变测量FBG串联在一路光纤上，根据2只FBG布拉格波长相对漂移获得被测结构应变。双FBG波长相对漂移对温度的灵敏度仅为0．12pm／℃，较好地实现FBG应变测量的温度补偿。参考FBG法原理简单，可操作性强，为FBG应变传感器的实际工程应用奠定了基础。     

单光纤光栅的温度、压力双参量测量分析

介绍了一种以悬臂梁为基底,单光纤光栅为传感元件,测量温度和压力的方法。并分析了温度和波长的非线性关系对测量结果的影响,给出了布拉格共振波长与温度的线性及非线性的适用范围。光纤光栅的裸光栅部分和预应变部分的波长与温度的的线性适用范围分别为： -11.2℃     

高灵敏度稳定光纤光栅温度传感器的研究

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)的温度灵敏度,设计了一种双金属FBG温度增敏装置。增敏装置利用不同金属热胀系数的差异和巧妙的增敏结构,大幅度提高了FBG的温度灵敏度。从理论分析了增敏结构的增敏原理,并给出了波长温度响应关系式。使用此增敏装置制作了一种高灵敏度的FBG温度传感器。为了保证FBG长期固定的稳定性,在制作传感器时使用了低熔点玻璃焊接工艺。实验中,测得增敏FBG温度传感器的温度灵敏度系数达到345.9 pm/℃,是裸FBG的35倍,线性度为0.999 89。对增敏前和增敏后的FBG反射谱进行了对比,结果表明,增敏装置对FBG反射光的功率和反射谱的形状影响很小。对增敏FBG温度传感器的稳定性进行了测试,并用裸FBG作为参考,测试结果显示,增敏装置对FBG的稳定性没有造成影响。     

Temperature-independent fiber Bragg grating strain sensor using bimetal cantilever

A new packaged fiber Bragg grating using bimetal cantilever beam as the strain agent is presented. The grating is two-point attached on one specific surface of the bimetal beam which consists of two metallic material with different thermal-expansion coefficient. Thereby the grating can be compressed or stretched along with the cantilever beam while temperature varies and temperature compensation can be realized. At the same time, grating chirping can be avoided for the particular attaching method. Experiment results demonstrated that the device is able to automatically compensate temperature induced wavelength shift. The temperature dependence of Bragg wavelength reduced to −0.4 pm/°C over the temperature range from −20 to 60 °C. This fiber grating package technique is cost effective and can be used in strain sensing.     

Tunable fiber Bragg grating filters realized by chirp rate tuning with a cantilever beam

An efficient scheme to change the chirp rate of a fiber Bragg grating (FBG) has been developed based on a specially-designed cantilever beam with the beam-bending method. It allows, to date, the largest tuning range of 36 nm in reflection bandwidth of a chirped-FBG (CFBG) while keeping the center wavelength nearly fixed during the tuning process. Using this method, bandwidth-tunable fiber grating filters with tunable chromatic dispersion or differential group delay have been demonstrated. Channel spacing-tunable multi-wavelength filters based on both sampled- and superimposed-CFBGs have also been realized. Moreover, tuning of the bandwidth and channel spacing is continuous with this scheme that makes the achieved devices more flexible.     

基于悬臂梁啁啾调谐的光纤光栅滤波器

提出并发展了一种基于悬臂梁结构的啁啾光纤Bragg光栅(CFBG)啁啾调谐方案,获得了一系列性能优异的可调谐CFBG滤波器,包括调谐范围达到36 nm(1.8～37.8 nm)的带宽可变反射滤波器、色散在178～2 100ps/nm范围内可调的色散补偿器、基于取样CFBG或重叠写入CFBG的信道间隔可调谐滤波器等。这些FBG滤波器不但能维持较高的反射率,还能保持中心波长基本不变。     

基于长周期光栅滤波的光栅解调系统

基于长周期光栅的边缘滤波特性,设计了一种光纤布拉格光栅的传感解调系统,适用于布拉格光栅的静态和动态解调。系统实现了3.5 nm范围内的线性解调,波长灵敏度为0.092 nm-1,波长分辨率可以达到0.01 nm。振动测量中检测信号稳定,测量频率误差在1%以内。针对长周期光栅对温度和弯曲敏感的问题,采用了适当的温度补偿和封装技术,使长周期光栅的温度漂移系数从112 pm/℃下降到45 pm/℃,显著提高了系统的稳定性。     

一种对温度不敏感的光纤布拉格光栅加速度计

提出了一种新型的基于光纤布拉格光栅(FBG)反射带宽和反射光功率测量的加速度计,其是将单根FBG斜向粘贴在矩形简支梁侧面构成的,通过在简支梁中间粘贴重物感应竖直方向的加速度,通过梁的弯曲改变FBG反射带宽和反射光功率。实验结果表明:FBG的反射带宽具有很好的线性响应,其测量范围可达到8g,因带宽展宽造成FBG的反射率降低,因此反射光功率的线性响应范围只有4g;带宽和功率灵敏度分别为0.4nm/g和4.57μW/g;由于温度仅改变FBG的布拉格波长,而对其反射带宽和光功率几乎没有影响,所以加速度计对温度变化不敏感。     

基于可调谐DFB激光器的FBG加速度检测系统

基于分布式反馈DFB激光器的窄线宽 特性及可调谐特性,设计了自温度补 偿的光纤Bragg光栅(FBG)加速度检测系统。采用简支梁结构,设计了FBG低频加速 度传感器。通过增 加温度补偿光路,对DFB激光器的中心波长进行实时反馈控制,实现了系统对温度影响的 自补偿。实验结果表明,系统对冲击激励信号和加速度的连续激励信号均有良好的动态响应 , 系统的固有频率为25.1Hz,频率响应范围为0~400.0 Hz,加速度的最大灵敏度约为 1.89 V/m·s²,并且系统具有良好的温度稳定性。     

铝合金箔片封装光纤光栅传感特性研究

针对表面粘贴式光纤光栅(FBG)传感器存在的封装体积过大、粘接不便的问题,提出一种光纤光栅的铝合金箔片封装工艺,并通过悬臂梁加载实验和水浴加热法对封装后光纤光栅的应变与温度传感特性进行了实验研究.测试结果表明,经铝合金箔片封装后的光纤光栅传感器与裸光纤光栅相比较,应变灵敏度提高了1.2倍,达到1.407 pm/με,温度灵敏度提高了3.02倍,达到29pm/℃,中心波长的漂移与荷载及温度都具有良好的线性关系,且有较好的重复性.