高灵敏度光纤光栅温度传感及其测试研究.doc

第32卷第4期南开大学学报( №(南开大学现代光学研究所,天津,300071摘要本文报道了一种新颖的光纤光栅高灵敏度温度传感封装及一种高分辨率光纤光栅波长检测方法,波长变化分辨率可达01002nm,应变分辨率为117ΛΕ;光纤光栅增敏封装后温度灵敏性可提高7倍多,温度分辨率为0103℃.关键词:光纤布喇格光栅;温度传感;波长调谐0 、PZT匹配光纤光栅对滤波法、非平衡M2Z干涉检测等[1~3].将光栅封装在金属材料中可提高温度传感的灵敏度[4]. 基本原理当光纤光栅受到轴向外力及温度的影响时,其光栅周期+和纤芯折射率neff将发生变化,使峰值反射波长发生变化,其相对偏移量是∃ΚbΚb=(1-Pe∃Ε+(Α+Φ∃T=kΕ∃Ε+kT∃T(1其中∃Ε为外力产生的轴向应变量,pe为与材料泊松比、折射率和有效弹光系数有关的常数,∃T是温度变化量,Α、∃Ε、∃T可以与很多物理量联系在一起,如温度、湿度、位移、压力、电磁力、流量、振动和转动等,因此( 光纤光栅温度增敏当光纤光栅封装于热膨胀系数不同的基底材料上时,(1式变为∃ΚΚB=(kT+Γ′BkΕ∃T(2光纤光栅的增敏系数为[4]:Χ=kT+Γ′BkΕ(3kT其中kT为光栅波长的温度灵敏系数,B为基底材料的热膨胀系数,Γ′ 布喇格波长的检测方法α收稿日期: FBG波长检测系统Fig1 WavelengthdemodulationofFBG图2 光纤光栅悬臂梁调谐原理图 Fig2 SchematicdiagramoftunabletechniqueofFBGcantileverbeam 我们采用了一种悬臂梁可调光纤光栅滤波法作为波长的检测,可避免以前类似方法的缺点[1~3],[5].光纤光栅粘接在悬臂梁固定端附近,由其变形原理及公式(1可知,当悬臂梁自由端在力作用下产生位移h时,光纤光栅中的波长的相对改变为∃ΚΚb=3Γ′Γdl2h (温度为常数(4其中l是悬臂梁长度;d是悬臂梁中性面到光栅的距离,如图2(b所示;Γ=1-pe;Γ′(4式可知,只要精密调节悬臂梁端部位移量h,(参看图1:由传感光纤光栅FBG1反射LED的宽带光源后形成窄带光谱,通过调谐滤波光栅FBG2后到达光电探测器,探测器上的光强是两个光栅光谱(光栅反射谱和光栅透射谱的卷积[6],线性调谐过程中光