引用本文:

上官春梅,何巍,张雯,等:F-P级联MZ温度、应变同时测量的光纤传感器[J]. 光通信技术,2018,42(1):16-19.

F-P级联MZ温度、应变同时测量的光纤传感器

上官春梅1,2,3,何 巍1,2,3,张 雯1,2,3,骆 飞1,2,3,祝连庆1,2,3*

(1.北京信息科技大学 光电信息与仪器北京市工程研究中心,北京100016;2.现代测控技术教育部 重点实验室,北京100192;3.北京信息科技大学 光电测试技术北京市重点实验室,北京100192)

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摘要:鉴于温度和应变双参量同时测量存在交叉敏感问题,设计并制作了一种光纤法布里-珀罗(F-P)级联马赫-曾德尔(MZ)的双参数测量传感器。通过观测传感器反射谱和透射谱的波长漂移量实现温度和应变同时监测:在30℃~150℃温度范围内,传感器灵敏度和线性度分别为54pm/℃和0.9982;室温下在0~450με应变范围内,传感器应变灵敏度和线性度分别为2.73pm/με和0.9999,表明该传感器可同时监测温度和应变。

关键词:光纤传感;双参量测量;法布里-珀罗;马赫-曾德尔;温度;应变

中图分类号:TN253 文献标志码:文章编号:1002-5561(2018)01-0016-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2018.01.005

0 引言
    干涉型光纤传感器因其稳定性好、灵敏度高和测量范围广等优点[1]受到科学界关注,并广泛应用于温度[2,3]、应变[4,5]、折射率[6]、压力[7]和震动[8]等多种物理量的测量。其中,温度和应变的测量在生物医学检测、大型飞行器件的健康监测和石油勘探等领域有着广泛的应用。
       目前,针对传感器的研究多是单一变量的传感测量,而实际环境并不是简单的单一变量,交叉敏感问题无处不在。近年来,对于双参数测量传感器的研究也受到了研究者的青睐。2014年,Qiqi Yao等人将光纤布喇格光栅(FBG)与偏芯结构结合,制作了温度折射率同时测量的传感器[9]。2015年,卞继城、郎婷婷等人提出在单模光纤上分别熔接两个球形结构,并在单模光纤中间熔接一段细芯光纤构成马赫-曾德尔(MZ)干涉传感器,通过不同干涉波长的灵敏度不同实现温度和应变双参数同时测量[10]。2016年,曹晔、赵月等人设计了MZ结构级联FBG构成的光纤磁场传感器,由于FBG对磁场强度不敏感,利用敏感矩阵可实现温度和磁场强度的同时测量[11]。2017年,胡义慧、郭小珊等人利用波长为800nm的飞秒激光脉冲在普通单模光纤上加工一个微腔,把光纤拉成一个锥形光纤,与普通单模光纤熔接在一起,构成一个MZ干涉仪,实现温度和应力同时测量[12]。本文采用40%浓度的氢氟酸腐蚀Corning公司的SMF-28单模光纤端面,制作出光纤法布里-珀罗(F-P)结构,将其与过熔接制作的MZ串联,制得温度和应变双参数同时监测传感器,并对其温度和应变传感特性进行测试分析。

4 结束语
    本文设计了基于氢氟酸腐蚀的光纤F-P级联MZ温度和应变双参数实时监测的传感器,并对本传感器的温度和应变传感特性进行了实验研究,建立了传感器温度及应变和光谱波长之间的数学模型,通过其传感系数矩阵便可以同时监测外界温度和应变双参量变化。本文设计的双参量传感器结构简单,制作成本低,能很好地解决应力和温度的交叉敏感问题,在航空航天、生物医学检测以及大型建筑健康监测等方面都具有重要的应用价值。