光纤光栅传感器温度与轴向应变灵敏度的研究
彭仕玉;元秀华;张国云
【摘 要】文章对Bragg光纤光栅(FBG)与长周期光纤光栅(LPFG)的温度、应变传感灵敏度进行了详细的理论推导和分析,得出了一些重要推论,对光纤光栅在传感器领域中的应用具有一定的引导作用. 【期刊名称】《光通信研究》 【年(卷),期】2003(000)002 【总页数】4页(P46-48,57)
【关键词】Bragg光纤光栅;长周期光纤光栅;光纤光栅传感器;温度灵敏度;应变灵敏度
【作 者】彭仕玉;元秀华;张国云
【作者单位】岳阳师范学院,物理系,湖南,岳阳,430006;华中科技大学,光电子工程系,湖北,武汉,430074;岳阳师范学院,物理系,湖南,岳阳,430006 【正文语种】中 文 【中图分类】工业技术
光 纤 光 栅 传 感 器 温 度 与轴 向 应 变 灵 敏 度 的 研 究彭仕 玉 ． ， 元秀华 2 ， 张 国 云 1(
1 ． 岳 阳 师 范 学 院 物 理 系 ， 湖 南 岳 阳 4 3 0 0 0 6 ；
2 ． 华 中科 技 大 学 光 电 子 工 程 系 ， 湖 北 武 汉 4 3 0 0 7 4 )摘 要 ： 文章 对 B r a g g 光 纤 光 栅( F B G ) 与 长 周 期 光 纤 光 栅(I ,P F G ) 的 温 度 、 应 变 传 感 灵 敏 度 进行 了 详 细 的 理 论 推 导 和 分 析 ， 得 出 了 一些 重 要 推 论 ， 对 光 纤 光 栅 在 传 感 器 领 域 中 的 应 用 具 有r一 定 的 引 导 作 用 ， 关 键 词 ：B r a g g 光 纤 光 栅 ； 长 周 期 光 纤 光 栅 ； 光 纤 光 栅 传 感 器 ； 温 度 灵 敏 度 ； 应 变 灵 敏 度中 图 分 类 号 ：T N 7 1 3文 献 标 识 码 ：A 文 章编 号 ：1 0 0 5- 8 7 8 8 ( 2 0 0 3 ) 0 2 - 0 0 4 6 - 0 3S t u d y o n t e m p e r a t u r e a n d a x i a l s t r a i n ' s s e n siti vit yo f o p ti c a l fi b e r g r a ti n g s e n s o r s PE N G S h i - y u ' , Y U A N X i u - h u a z , Z H A N G G u o - y u n '( l.D e p t.o f P h y sic s , Y u e y a n g N o r m al U n i v e r sity , Y u e y a n g 4 1 4 0 0 6 , C hi n a ; Z.D e p t.o f O p t o el e c t r o n i c E n g., H U S T , W u h a n 4 3 0 0 7 4 , C h i n a )A b s t r a c t : I n t h i s p a p e r , w e a n al y si z e t h e t e m p e r a t u r e a n d s t r a i n ' s s e n siti vit y o f B r a g g a n dl o n g - p e ri o d fib e r g r a ti n g s c a r e f ull y , a n d o b t ai n s o m e i m p o r t a n t d e d u c ti o n s w hi c h h a v es o m e g u idi n g p u r p o s e t o t h e a p pli c a ti o n s of o p tic al fib e r g r a ti n g s i n s e n s o r fi eld s.K e y w o r d s : F B G ; L P F G ; fib e r g r a ti n g s e n s o r ; t e m p e r a t u r e s e n siti vit y ; s t r ai n s e n siti vit y近年 来 ， 光 纤 光栅在 传 感 方 面 的 应 用 已 越 来越引 起 人 们 的 重 视 ， 光 纤 光 栅 传 感 器 ( F G S ， Fib e rG r a ti n g S e n s o r ) 具 有 其他许 多传感 器 无 法 比拟 的 优点 ： 抗 电 磁 干 扰 、 尺 寸 小 、 重 量 轻 、 耐 温 性 好 、 复 用 能 力强 、 传 输 距 离 远 、 耐 腐 蚀 和 高 灵 敏 度 等 ． F G S 具 有广 阔 的 应 用 前 景 ， 早 在 1 9 8 8 年 就 成 功 地 在 航 空 、 航天 领 域 中 用 于 有 效 的 无 损 检 测 技 术 ， 此 外 也 可 用 于化 学 、 工 业 、 电 力 、 水 电 、 船 舶 和 煤 矿
等 领 域 ， 目 前 FG S 在 “ 智 能 和 灵 巧 建 筑 ” 中 的 应 用 成 为 专 家 、 学 者研 究 的 热 点 ． F G S 用 于 传 感 是 以 其 谐 振 耦合 波 长 随外 界 参 量 变 化 而 移 动 为 基 础 的 ， 外 界 条 件 如 温 度 或对 光 纤 施 加 的 应 力 等 改 变 时 ， 会 造 成 光 纤 有 效 折 射率 及 光 栅 周 期 的 变 化 ， 从 而 导 致 光 栅 耦 合 波 长 的 变 化（即 波 长 漂移）， 通 过 测 定 波 长 漂移 的 大 小 ， 就 可 测 得温 度 或 应 力 的 变 化 ， 本 文 推 出 了 长 周 期 光 纤 光 栅和 短 周 期 光 纤 光 栅 的 温 度 和 应 变 灵 敏 度 的 表 达 式 ， 得出 了 通 过 选 择 合 适 的 参 数 能 用 长周 期 光 纤 光 栅 解决 光 纤 光 栅 传 感 中 的 温 度 和 应 变 交 叉 敏 感 的 问 题 ，以 及 用 一 根 长周期 光 纤 光 栅就 能 同 时 测 量 温度 和 应变 的结 论 ． 1 长 、 短 周 期 光 纤 光 栅 传 感 工 作 原 理按 照 耦合 模 理 论 ， 在 光 纤 光 栅 中 两 个传输 模 发 生 耦合 ， 必 须满 足 下 列 相 位 匹 配 条 件‘妇 ：反 - P 2 = Ap = 2 丌 ／ A ， 式 中 ，卢 ， 、 成 分 别 为 要 发 生 耦 合 的 两 个模的 传 播 常 数；A p 是 两 个 传 播 常 数 之 差 ；A 为 光 栅 周期 ， 在 B r a g g 光 纤 光 栅 中 ， 前 向 传输 的 导 模 能 量 耦 合 到 反 向 导 模 中 ， 形 成 反 射 峰 ． B r a g g 光 纤 光 栅 的 光 栅 方 程 为‘ 2 1 如 - 2 n 。 ff A ， 式 中 ， n 。ff 为 光纤 光 栅 的 有 效折射率；砧 为 光 纤 光 栅 的 谐 振 耦 合 波 长 ． 当 外 界 条 件 温 度 或 应力 作 用 于 光 栅引 起 其 有 效折 射 率 和 光 栅周 期 变 化 时 ， 光 栅 的 B r a g g 波 长 易 产 生 变 化（即 移 动）， 测得 △砧 的 大 小 ， 可 以 确 定 外 界 温 度 或 应 力 的 变 化大 小 ， 长 周 期 光纤光 栅 中 ， 能 量 从 前 向传输 的 导 模 耦收稿 日 期 ：2 0 0 2- 0 9 - 1 7 基金 项 目 ： 湖南省教育 厅科 研项 目 基 金 资助( 02 C 5 1 4)作者简介 ： 彭仕 玉（ 1 9 71- ）， 女 ， 湖南岳 阳 人 ， 讲师 ， 硕 士 ， 主 要 研究 方 向 为 光 纤 通 信 与 光 纤传感器4 6彭仕 玉．，元秀华2张 国 云1(岳阳师范学院物理系湖南4306；2华 中科 技 大 学 光 电 子 工 程 系 ， 湖 北 武 汉 4 3 0 0 7 4 )摘要：文章 对 B
光纤光栅传感器温度与轴向应变灵敏度的研究
