引用本文:
邱晓驰, 江超, 陶武强,等. 基于LPFG与锥形光纤级联的温度与应变测量传感器[J]. 光通信技术,2021,45(7):23-27.
邱晓驰,江 超*,陶武强,郭小珊
(湖北师范大学 物理与电子科学学院, 湖北 黄石 435002)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:工程中对具有多参量同时测量功能的光纤传感器有很大的市场需求。为了实现多参量的同时测量,将长周期光纤光栅(LPFG)与锥形光纤级联构成传感器,研究了传感器对环境温度与轴向应变的传感特性,利用传感器透射谱中2个谐振峰波谷的温度和应变灵敏度构建测量矩阵,消除了交叉敏感,完成了温度与轴向应变的同时测量。实验结果表明:传感器透射谱谐振峰波谷的中心波长随温度变化、轴向应变变化均有很好的线性关系,最大温度灵敏度达到40.12 pm/℃,最大应变灵敏度为-1.502 pm/με。
关键词:光纤传感器;长周期光纤光栅;锥形光纤;级联;温度;应变
中图分类号:TN253 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)07-0023-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.07.006
0 引言
长周期光纤光栅(LPFG)具有优良特性,在光纤传感领域得到广泛应用[1-2]。利用CO2激光器刻写的LPFG在温度、折射率、应变和湿度等传感领域被广泛应用[3-6]。2009年,LU Ping等人[7]第一次利用锥形光纤构成马赫-曾德尔干涉仪(MZI)实现了折射率与温度的同时测量。此后,人们对光纤拉锥结构展开了研究,发现拉锥后的光纤对环境参量变化更加敏感[8-10]。近年来,人们发现采用2种或2种以上的光纤传感结构级联能够增加传感器测量范围与灵敏度,改善传感器性能,实现多参量测量[11-12]。因此,LPFG与其它光纤传感结构级联制作的传感器开始被越来越多的人研究[13-18]。这些级联结构大部分由MZI与LPFG串接构成,测量灵敏度高、线性度好,能够测量多个参量,但有些结构制作复杂、难度大或重复性相对较差。本文基于LPFG与锥形光纤的特点和优异性能,将LPFG与锥形光纤级联,优化级联参数,制备一种温度与轴向应变灵敏度同时测量的光纤传感器。
4 结束语
本文利用LPFG与锥形光纤级联构造了对温度与轴向应变均敏感的光纤传感器。传感器主要利用LPFG耦合出多种传输模式,利用锥形光纤尺寸小、对外界参量更敏感特性,在一根光纤上形成等效MZI,实现了多参量测量。当环境温度或轴向应变发生变化时,传感器透射谱波谷的中心波长均发生线性变化,利用传感器透射谱中的波谷Dip1与Dip2测得的温度与轴向应变灵敏度构建传输矩阵,实现了温度与轴向应变的同时测量,避免交叉敏感。该传感器具有制作容易、成本低、温度灵敏度高和重复性好等优点,在工业、军事与民用等方面具有一定的应用价值。