光纤光栅的温度补偿技术

紫外光写入的光纤光栅的布拉格波长随环境温度的起伏而漂移，这是光纤光栅应用于光张通信系统的主要障碍。国外开发的温度补偿封装技术清除了这一障碍。本文综述该技术的基本原理、实现结果及当前水平。     

光纤布拉格光栅温度补偿研究

提出了一种新颖结构的光纤光栅温度补偿器件,它由两种不同的热膨胀系数的材料组成。利用该器件实现了光纤光栅的温度补偿。在-18~50℃温度范围内光栅波长变化0.028nm,是未补偿光纤光栅的1/23倍。     

长周期光纤光栅温度传感性能分析

长周期光纤光栅的谐振波长与温度的变化基本呈线性关系,线性拟合的标准差可以表示长周期光纤光栅损耗峰对应波长的波动性。提出了一种初步衡量长周期光纤光栅的温度传感性能优劣的方法,即用长周期光纤光栅温度灵敏度与拟合标准差的比值P的大小来判断长周期光纤光栅的温度传感性能优劣。大量的实验数据证明,长周期光纤光栅温度传感特性的优劣与参数P的大小是一致的,即P值越大则长周期光纤光栅的温度传感特性越好,P值越小则长周期光纤光栅的温度传感特性越差。     

光纤光栅温度传感增敏方法研究

针对裸光栅温度灵敏度较低的问题,设计了一种封装方式并进行结构制作。所设计的封装方式是将光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)置入毛细玻璃管中,并填充353ND环氧树脂胶,最后固定在铜片基底上。首先对FBG温度传感及增敏机理进行了理论分析,然后进行结构的设计及制作,最后进行温度传感测试。聚合物353ND和铜片的热膨胀系数显著高于裸光栅,在外界温度发生变化时会对光纤光栅施加附加应力,从而提高其温度灵敏度,并保护FBG传感器的结构。实验结果表明：在40℃至140℃的温度传感测试中,FBG的反射波长保持着不错的线性;温度灵敏度由增敏前的10 pm/℃提升到了21 pm/℃左右,且温度传感特性拟合曲线线性度达到0.996以上。     

光纤光栅振动传感解调方法的研究

光纤光栅振动传感是光纤光栅的重要应用之一。本文首先介绍了光纤光栅传感的一般原理,接下来综述了5种常用的振动传感的解调方法及原理,并分别给出了其典型的实验装置结构图,分析了其特点和性能（尤其是测量精度）,为基于光纤光栅的振动传感装置的解调部分的设计提供了依据。     

温度补偿型光纤光栅加速度传感探头结构设计

采用可调光纤F-P滤波器技术设计了一种光纤光栅加速度传感系统。提出了一种温度补偿型光纤光栅加速度传感探头,探头弹性系统主要有惯性质量块、双弹簧片、钢管等组成。探头采用不受力光纤光栅法进行了温度补偿。该探头具有结构简单,不受电磁干扰,不受光路功率波动和相位噪声影响等优点,且能自动进行温度补偿。     

轮辐式温度自动补偿型光纤光栅测力传感器

采用轮辐式传感机构设计，将两个不同波长的布拉格光栅与轮辐中性轴线同时成相同角度，粘贴在两个对称轮辐侧面的中间位置构成传感头。利用光纤光栅波长绝对编码的特性，设计并研制了轮辐式温度自动补偿型光纤光栅测力传感器。理论分析和实验结果证明，该传感器具有温度自动补偿特性，可用于压力和拉力的高精度感测，其最大力的测量值达到3kN，温度自动补偿范围为20℃～75℃。     

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。     

单光纤光栅温度应变双参数传感研究

报道了一种用一根光纤光栅实现温度与应变同时测量的传感方案。用于同时传感温度与应变的光纤光栅写于两种不同光纤的连接处 ,本身具有两个反射峰。由于两种光纤的光热系数不同 ,两个反射峰具有不同的温度响应。通过监测两个反射峰的波长移动便可实现温度与应变的同时测量。     

非平衡干涉检测光纤光栅高频振动传感研究

采用非平衡Mach Zender干涉仪检测光纤光栅高频振动传感测量,通过工作点控制消除了随机相位变化和光源起伏的影响,实现了40kHz频率范围内振动信号的检测.     

光纤Bragg光栅温度补偿方法的研究

应变和温度变化都会引起光纤Bragg光栅（FBG）反射波长的漂移,即所谓的交叉敏感问题,它是制约FBG传感检测技术实用化的“瓶颈”.从应变、温度交叉敏感的物理机制出发,阐述了光纤光栅温度补偿的基本原理,介绍了几种国内外常用的光纤光栅无源温度补偿的方法,并详细分析了每种方法的优缺点.     

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。     

高分辨率光纤光栅温度传感器的研究

报道了一种具有高分辨率和高效且价廉的解调系统的光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器.提出了光纤光栅的金属槽封装技术,以提高传感光栅的温度灵敏性.研究了金属槽封装光栅的温度灵敏性,理论分析和实验结果表明,封装光栅的温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍.系统利用一长周期光栅(LPG)作为线性滤波器,宽带光源经此长周期光栅调制后入射到传感光栅,可解调布拉格传感光栅的波长位移.理论分析与实验结果一致,系统可达到的温度分辨率为0.02℃.     

一种简单的增强光纤Bragg光栅温度灵敏度的方法

提出了一种简单的铝管或铝板封装(AP)法来增强光纤Bragg光栅(FBG)的温度灵敏度，实验测得AP光纤光栅的Bragg反射波长(1550 nm附近)的温度灵敏度为0.038 nm／℃,是裸光纤光栅温度灵敏度的3倍之多，相应的线性温度范围在0～120 ℃之间。     

一种新颖的光纤光栅振动传感方法

提出了一种用普通F-P腔半导体激光器和与之纵模匹配的光纤Bragg光栅为传感单元的振动传感方法。设计一个特殊机构放大振动产生的应变，实验结果证明，它能够提高检测灵敏度，适合于远距离微小振动的检测。振动频率达到715Hz、输入振动驱动功率为2mW时，仍能检测到不失真的振动信息。文中讨论了影响频带宽度的主要因素。     

双光纤Bragg 光栅用于FBG型传感器的温度补偿

理论分析了FBG型传感器的温度应变交叉敏感机制，利用温度和应变响应相同的光栅对实现了光纤Bragg光栅应力／应变传感器的温度补偿，有效的消除了交叉敏感对FBG型传感器测量精度的影响，有利于光纤Braagg光栅传感器的实用化。     

Interrogating a Fiber Bragg Grating Vibration Sensor by Narrow Line Width Light

A method to interrogate fiber Bragg grating vibration sensor by narrow line width light is demonstrated. The interrogation scheme takes advantage of the intensity modulation of narrow spectral bandwidth light, such as distributed feedback laser, when a reflection or transmission spectrum curve of an fiber Bragg grating （FBG） moves due to the strain which is applied on the sensor. The sensor＇s response to accelerating frequency and amplitude is measured by experiment. The factors which have impacts on the sensitivity of the interrogation system are also discussed.     

基于倾斜光纤光栅的温度不敏感振动传感器

提出了一种基于倾斜光纤光栅与多模光纤相结合的温度不敏感振动传感器,其振动传感头是在倾斜光纤光栅与单模光纤之间加入一小段多模光纤所组成。倾斜光纤光栅的反射光谱有布拉格模和包层模两部分组成,其中多模光纤的作用是将倾斜光纤光栅反射包层模耦合到单模光纤的基模。倾斜光纤光栅包层模对外界振动很敏感,通过传感器的包层模平均输出功率完成对外界振动物理量测量。由于采用强度解调的方式,可以大大降低传感器装置的复杂性。实验表明：当传感器温度从20 ℃上升到70 ℃时,传感器的输出平均光功率均方根误差为0.01 μW,其反射光谱平均输出功率影响很小,故可以避免外界温度对测量结果的影响。     

基于双光纤布拉格光栅的流速传感器

设计了一种基于双光纤布拉格光栅的新型流速传感器,它包括双光纤光栅压强传感机构和文丘里管.导出了双光纤布拉格光栅的波长漂移差与流速的关系.压强传感机构中的密闭铝箔管横截面两边的压力差导致等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布拉格光栅的布拉格波长漂移.通过检测两个布拉格光栅的波长漂移差,得到被测流体的流速.双光纤布拉格光栅通过补偿温度效应,解决了光纤布拉格光栅传感器的交叉敏感问题.该流速传感器的动态测量范围为8～200mm/s.实验表明,双光纤布拉格光栅的中心波长随流速的增加分别向长波和短波方向漂移,而带宽几乎不变,实验和理论符合得较好,该设计方案是切实可行的.

Abstract：

By using the fiber grating pressure sensing setup and Venturi tube,a novel flow velocity sensor based on double fiber Bragg gratings (FBGs) is proposed.The relationship between the flow velocity and the wavelength shift difference is derived.The pressure difference of the two sides of the cross section of the aluminum foil tube in the pressure sensing setup results in the distortion of an isosceles triangle cantilever structure.And the distortion results in the Bragg wavelength shift of the FBGs mounted at either side of the cantilever.By monitoring the wavelength shift difference of the two FBGs,the flow velocity can be obtained.The cross sensitive problem can be solved by compensating the temperature effect.Experimental results are in good agreement with theoretical analysis.The central wavelength of two FBGs shifts to the shorter and longer wavelength respectively with the rise of the flow velocity,while the bandwidth is almost unchanged.The experimental results verify the feasibility of the proposed sensor with a measurement range of 8~200 mm/s.