不锈钢管封装短周期光纤光栅温度传感器特性及仿真分析

采用不同内外径的304不锈钢管封装制作了I型光纤光栅温度传感器,温度灵敏度均达到20 pm/℃以上,是裸光纤光栅温度传感器的2倍以上,线性度优异,能够达到0.999 57以上。内外径为0.4、0.5 mm, 0.75、1 mm, 2、3 mm的不锈钢管封装的传感器的响应时间分别为21.2、32.3、104.3 s,响应时间随着不锈钢管的增厚而增加。薄壁管(内外径为0.4、0.5 mm)封装的光纤光栅温度传感器虽然响应时间短,但在温差为75℃的环境下波长存在异常下降的现象,这在一些应用场景中十分不利。利用ANSYS有限元仿真软件对不同内外径不锈钢管封装的光纤光栅温度传感器进行模拟,仿真得到响应时间与z轴形变量。仿真值与实验值进行比较可知,其误差较小,并且z轴形变量的变化也能较好地解释波长异常变化的原因。