长周期光纤光栅温度和应力传感特性研究

布拉格与长周期光纤光栅及其传感特性研究

布拉格与长周期光纤光栅及其传感特性研究随着科技的发展，光纤传感技术在各个领域中得到了广泛应用。

光纤光栅作为一种重要的光纤传感元件，具有较好的实时性、远距离传输能力和高灵敏度等优点，在医学、工程、环境监测等领域中具有广泛的应用前景。

本文将对布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅及其传感特性进行研究探讨。

首先，我们来了解布拉格光纤光栅。

布拉格光纤光栅由一种周期性的折射率变化构成，可以将输入的连续光信号分成几个离散的波长成分。

通过调控光纤光栅的参数，如折射率调制和周期调制，可以实现对光信号的各种参数的测量。

布拉格光纤光栅传感器的工作原理是利用光纤光栅对周围环境参数的敏感性，通过监测光纤中散射光的强度变化来获得环境参数的相关信息。

布拉格光纤光栅的传感特性主要包括灵敏度、选择性和可靠性。

灵敏度是指传感器对测量目标的响应能力，通过优化光纤光栅结构可以提高传感器的灵敏度。

选择性是指传感器对目标参数的独立测量能力，通过优化光纤光栅的周期和谐振峰可以实现对不同目标参数的选择性测量。

可靠性是指传感器的稳定性和重复性，通过合理选择光纤材料和加工工艺可以提高传感器的可靠性。

接下来，我们来了解长周期光纤光栅。

长周期光纤光栅是一种周期大于波长的光纤光栅，其中周期通常为微米或毫米量级。

长周期光纤光栅的传感特性与布拉格光纤光栅有所不同。

长周期光纤光栅主要应用于抑制或增强特定频率的光信号，具有压力、温度和湿度等参数的敏感性。

长周期光纤光栅的传感特性主要包括增强系数、复合增强系数和等效折射率。

通过调节长周期光纤光栅的参数，如周期、长度和材料等，可以实现对光信号的不同频率成分的调制和增强或抑制。

最后，我们来探讨布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅在传感领域的应用。

布拉格光纤光栅主要应用于光纤传感器、光纤通信和光纤激光等领域。

在光纤传感器领域，布拉格光纤光栅可以实现对温度、压力、应变、湿度等参数的实时测量。

在光纤通信领域，布拉格光纤光栅可以实现光纤传感器的远距离传输和分布式传感。

长周期光纤光栅折射率传感的研究概况

不断积累经验。对其进行补充和完善。（作者单位：门市电信分公司）厦
查：在不同媒体上公布不同咨询号码或有奖调查热
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明ＰＬＧ对于温度的调协范围约为ＦＧ的７．Ｂ倍而对于外界折射率变化时的谐振峰中心波长移动量也明显高于布喇格光栅。由光纤场分布形式可知．光纤对于包层模的束缚性较芯模为弱．阶模的束高
访问、截访问、户访问、函调查）实验室测拦入回、
试、组合测试等多种；我们可以通过与市场调查公司长期合作。开展全年持续的广告效果调查，包括事前调查以有效选择广告案、事中调查以及时调整广告发布的计划、事后调查以总结经验评估效果；也可通过多种与客户互动的渠道开展市场调查。例
ＬＧ的周期通常为几十到几百微米。Ｐ主要特性是将导波中某频段的光耦合到光纤包层中损耗掉，是一种透射型光纤器件。ＰＬＧ对于温度、应力、外界折射
率等参数的变化都有很高的响应灵敏度。研究表
想和品牌态度。因此品牌效果主要从这三方面来评估。品牌意识方面，主要包括到达率和品牌知名度、品牌识别率等指标。品牌联想方面。主要包括品牌形象评价和品牌理解力等指标。品牌态度方面，主要包括美誉度、偏好度、忠诚度、渗透率等指标。这些指标一般具有动态分析和静态分析两个方面的
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长周期光纤光栅
折射率传感的研究
李杰由光栅周期的不同．纤光栅可分为布喇格光光纤光栅（Ｂ和长周期光纤光栅（Ｐ。Ｂ的周ＦＧ）ＬＧ）ＦＧ期约为几百纳米．主要特性是将某一频段的光反射回去。形成以谐振波长为中心的窄带光学滤波器，

光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感问题

光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感问题
1.2 光纤布拉格光栅原理光纤布拉格光栅通常满足布拉格条件
式中，λB为Bragg波长，n为有效折射率，A为光栅周期。当作用于光纤光栅的被测物理量(如温度、应力等)发生变化时，会引起n和A的相应改变，从而导致λB的漂移; 反过来，通过检测λB的漂移。也可得知被测物理量的信息。 Bragg光纤光栅传感器的研究主要集中在温度和应力的准分布式测量上。温度和应力的变化所引起的λB漂移可表示为：
2.2 双参量矩阵法双参量矩阵法是运用各种方法将温度和应力对同一光波的影响分别作用于该光波的不同参量上，然后推导出对应关系，以实现应力和温度的区分测量。近年来，有许多方法基于这一思想的交叉敏感问题解决方案。如混合FBG/长周期光栅法、二次谐波法、超结构光栅法等。
光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感问题
在图1所示的光纤光栅传感器结构中，光源为宽谱光源且有足够大的功率，以保证光栅反射信号良好的信噪比。一般选用侧面发光二极管ELED的原因是其耦合进单模光纤的光功率至少为50～100 µW。而当被测温度或压力加在光纤光栅上时。由光纤光栅反射回的光信号可通过3 dB 光纤定向耦合器送到波长鉴别器或波长分析器，然后通过光探测器进行光电转换，最后由计算机进行分析、储存，并按用户规定的格式在计算机上显示出被测量的大小。光纤光栅除了具备光纤传感器的全部优点外.还具有在一根光纤内集成多个传感器复用的特点，并可实现多点测量功能。
光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感问题
2.4 温度(应力)补偿法其实，目前研究较多的还是温度补偿法。该方法主要通过某种方法或装置先将温度扰动引起的波长漂移剔除掉，从而使应变测量不受温度的影响。近年来，国内外许多学者提出了关于FBG交叉敏感的问题，主要考虑实现对温度、应变同时测量的温度补偿方法。它们分为单FBG法和双 FBG法两大类。

光纤光栅轴向应力传感模型的研究

ＦｂｒＢｒｇａｉｇｓｒｓｓｎｉｇｓｅｕｅａｄｈｔｓｅｓｔｉｃｅｃｅｔｓｏｔｉｅ．ＦｒｈｒｏｅｈｓｎｉｇｉｅａｇＧｒｔｔｅｓｅｓｎｉｎｄｄｃｄｎｔｅｓｒｓｓｎｉｖｔｅｉｙｏｆｉｎｉｂａｎｄｉｕｔｅｍｒ，ｔｅｅｓｎｃａａｔｒｓｉｏＢｗｉｘａｔｓｓｓｕｉｄｂｘｅｉｎｓＴｈｅｕｔｏｅｒｎｘｅｉｎｓａｅｃｍｐｒｄａｄｔｅｈｒｃｅｉｔｆＦＧｔａｉｌｓｒｓｉｔｄｅｙｅｐｒｍｅｔ．ｅｒｓｌｆｔｏｙａｄｅｐｒｃｈｅｓｈｍｅｔｒｏａｅｎｈｉｆｕｎｅｏｐｉｂｒｃａｉａａａｔｒｎｓｒｓｅｓｎｈｒｃｅｆＢＧｌｏｄｓｕｓｄｎｅｃｆｔｆｅｌｏｃｉｍｅｈｎｃｌｒｍｅｅｅｓｓｎｉｇｃａａｔｒｐｏｔｏＦｉａｓｉｃｓｅ．ｓＫｅｒｓＦＧ；ｐｉｆｂｒｓｎｉｇｓｒｓｅｓｎｙｗｏｄ：Ｂｏｔｅｅｓｎ；ｔｅｓｓｎｉｇｃｉ
度系数的理论值，并对轴向应力作用下光纤光栅的传感特性进行了实验研究，对比分析了理论与实验结果，讨论了光纤的
力学参数对光纤光栅应力传感特性的影响。
关键词：光纤光栅；光纤传感器；应力传感
中图分类号：Ｔ２．１Ｎ９９１文献标识码：Ａ文章编号：１７．２８２０）２０３．３６２５９（０７０．０５０

光纤光栅温敏特性研究

除温度的影响。补偿方法主要分为两类：一是有源方式，即控制光栅器件所处工作环境温度；二是无源方式，
即用适当的结构和材料对光纤光栅进行封装，让封装使光栅产生一定的应变，用该应变引起的布拉格波长漂移抵消由温度变化引起的波长漂移。温度是能直接引起布拉格反射波长漂移的物理量之一，作为温度

：ａ＋
（）４
ｄＴ
２．光纤布拉格光栅的应变特性
式（）两边对应变求导有：１
警－出Ａｄ２￣ｅ（ｄｎｆ
上式中：：人
（５）
（）６
Ａｎ２２／ｎ＝ＫｒＴ＋ＫＡ
（２１）
可见其等效的温度敏感性增强了其增长的倍
收稿日期：２０－２２０６０－５
作者简介：罗映祥（６一男，重庆巫山人，重庆三峡学院物理与电子工程学院讲师。１４）９
基金项目：重庆市教委资助项目，编号：Ｋ０ＩＪ５１４０
－
９－８
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重庆三峡掌院掌报２００６年第３期
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３．温度补偿原理如下图１所示，Ａ、Ｂ为两种具有不同热膨胀
田强特测光田２度性试略
系数的同性材料，其长度分别为，、２ｌ膨胀系数分别为ｌ２Ｂ为光纤布拉格光栅并将光栅预、。ＦＧ
拉伸后粘接于
Ｂ和Ａ之间。
为１４．￣３Ｂ，带宽为０２￣，光谱仪为５８３６ｄ．０ＭＳ０１９０Ｂ１型最小分辨率为Ｏ１ｍ电热干燥箱为．ｎ
传感器件，总是希望光纤光栅具有大的温度灵敏度，以便获得高的温度分辨率。但是，由于光纤材料的热

光纤光栅应变、温度交叉敏感问题研究现状分析

变化时，光纤的热光效应和热膨胀作用也会弓起反射波长的变化。反射波长变化与应变和温度的｝
关系为：
△ ／＝（一）ｔ１ｓ＋（＋），ＡＴ式中，Ｐ、，ｅ和分别为光纤的弹光系数、热膨胀系数和热光系数。
（２些兰兰
精确获得所需参量，正确评价被测物体状态的保证。
！塑笙
动是由温度变化引起的，还是由应变变化引起的，对于确切了解被测体的状态是至关重要的。也是
３光栅交叉敏感问题现有解决方案分析
针对光纤光栅的交叉敏感问题，人们已提出了众多的解决方案，分析各方案的原理、本质，可
有的很多方案仅从独立的光栅传感器角度进行分析，而未考虑实际工程应用中的具体情况，脱离了
与实际被测结构体的联系。因此虽然方法众多，但其能否解决应力、应变测量中的温度补偿问题，还要与结构相结合，分析解决方案中传感器的实际受力状态。
图１各种光栅应变、温度交叉敏感问题解决方案归类
。 — — — — — —
三兰
ＬＪ
图２管式温度补偿封装结构示意图
图３两端螺杆调节温度补偿结构示意图
文献【】５也是利用了光纤光栅在温度升高时受两端材料热膨胀作用产生压缩变形的原理（如图４
第１卷第２０期
２１年６月０１
石家庄铁路职业技术学院学报
ＪＲＮＯＵＡＬＯＨ儿ＡＨＵＮＩＴＴＥＯＡＬＹＴＣＮＯＯＦＳＩＺＡＧＮＳＩｕＴＦＲＩＷＡＥＨＬＧＹ

长周期光纤光栅在传感领域的应用研究

使用两根ＬＧ作两点测量ＪＰ。
ＬＰＧＩＰＩ１Ｎ
周期光纤光栅的表面镀上一层数十至数百纳米的薄膜层，薄膜层对待测量敏感，当待测量变化时，膜层的物薄理性质将会发生变化，种变化将合纳米球薄膜，成了ＬＧ制Ｐ湿度传感器Ｊ。图２为此传感器在空气相对湿度由低至高变化的实验结果。由图可见，当湿度由低至高变化时，
谐振波长向短波长方向漂移。此漂移可解释如下：度湿
梁维源，覃溪，欧启标，思亮４，姚
（．钦州学院物理与材料科学学院，广西钦州５５０；１３００
２．广西工学院鹿山学院电子信息与控制工程系，广西柳州５５１；４６６３．广西师范大学电子工程学院，广西桂林５１０；４０４
薄膜层的折射率增加。而我们知道，境折射率增加时，环
长周期光纤光栅折射率传感的一个巧妙应用是在光栅的表面沉积一层具有亲水性的聚合物。由于聚合物的亲水性，当空气中的水气成份发生变化时，聚合物的光学
［中图分类号］Ｔ２３Ｎ５
［文献标识码］Ａ
［文章编号］１７８１（０２０ —０２ —０６３— ３４２１）３０９４
峰发生变化，种变化既体现在谐振波长的漂移上又体这现在透射强度的变化中，即为长周期光纤光栅的折射此率传感特性。利用长周期光纤光栅的折射率特性可制作性能各异的长周期光纤光栅折射率传感器。北京理工大学的刘丽辉等人利用长周期光纤光栅的

长周期光纤光栅的温度特性研究

和包层的热光系数）和光栅的周期（决定其耦合的模式次数）。
【关键词】长周期光纤光栅（ＩＪＰＦＧ）；温度特性；谐振波长；传感【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｉｔｍａｋｅｓｄｅｔａｉｌｅｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｎｕｍｅｉｒｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｉｒｓｔｉｃｓｏｆｌｏｎｇｐｅｉｒｏｄｉｆｂｅｒｇｒａ
ｃｈａｎｇｅ．ａｎｄｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｒｅｓｏｎａｎｔｗａｖｅｌｅｎｔｈｇｉｓｎｏｔｏｎｌｙｓｈｉｔｆｔｏｌｏｎｇｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ，ｂｕｔａｌｓｏｔｏｓｈｏｒｔｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｄｅｐｅｎｄｉｎｇｏｎｔｈｅｓｐｅｃｉｉｆｃｉｆｂｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ｔｉｎｇｆＬＰＦＧ）．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｔｈａｓｇｏｏｄｌｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓｈｉｔｆｃｏｕｐｌｉｎｇｆｒｏｍＬＰＦＧａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

光纤光栅传感器的温度灵敏度研究

光纤光栅传感器的温度灵敏度研究一、光纤光栅传感器概述光纤光栅传感器是一种利用光纤光栅的特性来检测物理量变化的传感器。

与传统的传感器相比，光纤光栅传感器具有抗电磁干扰能力强、尺寸小、重量轻、可实现分布式测量等优点。

光纤光栅传感器通过在光纤中写入周期性的折射率变化来形成光栅，当外部环境发生变化时，光栅的周期或折射率也会随之变化，从而引起反射或透射光的波长发生变化，通过测量这些变化可以检测出温度、压力、应力等物理量。

1.1 光纤光栅传感器的工作原理光纤光栅传感器的工作原理基于光的干涉和衍射现象。

当光波在光纤中传播时，遇到光栅结构会发生衍射，产生多个衍射级。

这些衍射级相互干涉，形成特定的反射和透射光谱。

当光栅的周期或折射率发生变化时，衍射光谱也会相应地移动，通过测量光谱的移动量，可以推算出外部环境的变化。

1.2 光纤光栅传感器的分类根据光栅的类型，光纤光栅传感器可以分为布拉格光栅传感器、长周期光栅传感器和光纤布拉格光栅传感器等。

根据测量的物理量，又可以分为温度传感器、压力传感器、应力传感器等。

每种类型的传感器都有其独特的优势和应用场景。

二、光纤光栅传感器的温度灵敏度研究温度是光纤光栅传感器中最常见的测量对象之一。

温度的变化会影响光纤的折射率，进而影响光栅的周期和反射光谱的位置。

因此，研究光纤光栅传感器的温度灵敏度对于提高测量精度和应用范围具有重要意义。

2.1 温度对光纤光栅传感器的影响温度的变化会引起光纤材料的热膨胀和折射率的变化，从而影响光栅的周期和波长。

这种影响可以通过温度系数来量化。

不同的光纤材料具有不同的温度系数，选择合适的材料可以提高传感器的温度灵敏度。

2.2 提高温度灵敏度的方法为了提高光纤光栅传感器的温度灵敏度，研究者们提出了多种方法，包括优化光栅的参数、使用特殊的光纤材料、采用复合光栅结构等。

这些方法可以有效地提高传感器对温度变化的响应速度和精度。

2.3 温度灵敏度的测量与标定温度灵敏度的测量通常采用实验方法，通过将传感器暴露在不同温度下，测量反射光谱的变化，从而计算出温度灵敏度。

长周期光纤光栅液体温度传感特性研究

过２．３ｄＢ。
关键词：长周期光纤光栅（ＬＰＦＧ）；液体温度传感特性；温度灵敏度；损耗峰幅值
中图分类号：ＴＮ２５３文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ５０７８．２０１４．０２．０
实验结果表明，长周期光纤光栅在液体中的温度特性与在空气中的一致，均随着温度的升
高，谐振波长向长波长方向漂移，温度降低时，谐振波长向短波长方向漂移，且基本成线性
关系。在３Ｏ ℃到９０￣Ｃ范围内，液体环境温度灵敏度约为０．０７９ｎｍ／ｃ【＝，损耗峰幅值波动不超
ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｌｉｑｕｉｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＬＰＦＧａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｓｒｅｓｅｒｃａｈｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈｒａａｃｔｅｒ — ｉｓｔｉｃｓｉｎｔｈｅｌｉｑｕｉｄａｎｄｉｎｔｈｅａｉｒａｒｅｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．ＲｅｓｕｈｓｓｈｏｗｔｈａｔＬＰＦＧｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｓｉｎｌｉｑｕｉｄｅｎｖｉｒｏｎ —