镀层材料对FBG传感器压力灵敏度影响的研究

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FBG传感器在航空应用中的技术困难

一般在研究过程中，选取应变场、应力场作为表征结构体损伤状态的主要监测参量，温度、振动、加速度等参量作为辅助监测参量。

根据FBG传感网络监测原理，利用埋入航空航天结构内部的FBG传感网络，结合恰当的解调技术实现结构内部应变/应力场的状态的在线监测，进而对结构内损伤进行检测。

要建立有效的结构健康检测系统，仍有一些技术问题有待解决。

埋入工艺作为保证FBG传感器网络监测系统正常工作的首要基础技术，需制定适于批量生产的工艺规范，需考虑多方面问题。

由于通常情况下光纤的直径比复合材料中的增强纤维结构直径大，且埋入光纤材料性质和机体材料特性上存在较大差异，易产生应力集中，影响结构强度。

因此有必要基于力学相关理论，建立FBG传感网络埋入结构的本构关系，对结构力学性能进行预测，调整FBG 传感器集成工艺，使FBG传感网络埋入航空航天复合材料结构后对原有结构性能尽量小。

在FBG传感器埋入过程中传感器及光导光纤结构由于制作过程的高温高压固化，将受到较大的热应力和残余应力。

在保证FBG传感器应变传递特性及敏感特性的前提下减少光纤断裂，仍是当前的技术难点。

为提高FBG传感网络的可靠性、确保监测精度，传感器的合理布置至关重要。

传感器的灵敏度、精确度和位置直接关系到结构健康监测损伤数据的获取，实现结构传感器网络的最优配置对结构参数的获取和损伤检测具有重要意义。

由于航空部件的应变场分布与其结构形状、材料及承载等因素有关，因此FBG传感器必须根据航空结构的形状和材料属性特点进行优化配置。

近年来在航天领域FBG传感器的优化配置技术研究也同步取得了研究进展，如文献[13]采用遗传算法给定埋入纤维增强复合材料结构传感器网络的最佳传感器布置位置。

文献[14]和文献[15]通过仿真对比的方法，分析了粒子群算法应用于FBG传感器优化配置的可行性。

但现阶段关于埋入结构体后FBG传感器自身应变传递特性和敏感范围还有待深入的研究，FBG传感器网络优化配置仍缺少结合被测结构性能和FBG传感器本身结构特点的方法。

FBG温度传感器交叉敏感问题的研究

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基于光纤布拉格光ＩＩ

耐高压FBG压力传感器实验研究

好。结果表明：该传感器性能稳定，线性度和重复性好，可以用于油气井下高压的实时测量。关键词：光纤光学；光纤Ｂｒａｇｇ光栅；压力传感；耐高压
中图分类号：ＴＮ２５３文献标识码：Ａ文章编号：１０００－９７８７（２０１３）１１－０００８－０３
（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＧａｓ－ｏｉｌＬｏｇｇｉｎｇａｎｄＤｅｔｅｃｔｉｎｇ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｘｉ ’ ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｉｆｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ（ＦＢＧ）ｓｅｎｓｏｒＳＯｔｈａｔｉｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｉｎｏｉｌ
ａｎｄｇａｓｕｎｄｅｒｔｈｅｓｈａｆｔｈｉｇｈ — ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ａｈｉｇｈ — ｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅＦＢＧｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｎ — ｗｌｌａｅｌａｓｔｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒｗｉｔｈｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｓｌｅｅｖｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｌｏｎｇｔｈｅａｘｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒ，ＦＢＧｉｓｓｔｉｃｋｅｄｔｏｔｈｅｉｎｎｅｒｓｕｆｒａｃｅｂｙｈｉｇｈ — ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇｌｕｅ．Ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅｏｕｔｓｉｄｅ

FBG细径形状传感器的应变传递和精度实验

收稿日期2018-11-19；修订日期2019-01-15. 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No. 51275282)；上海市科委重大基础项目(No. 18JC1410402)
1482
光学精密工程
第27卷
andelasticmodulusontheaveragestraintransferrateofFBGsensorswerealsoanalyzedandexperimentally verified. Experimental results show that the average strain transmission rate of the packaged FBG sensor increases with increasing substrate length in the effective range, whereas an increase in the outer diameter of the bond layer has little effect on the average strain transmission rate, thus veriyingtheapplicabilityofthetheo0eticalmodel.Thest0aint0ansfe00ateisint0oducedintotheshape0econstruction, and the shape-reconstruction accuracy of the FBG shape sensor is reduced from 3.5% to 2. 7%. Key words: fiber sensing ； fiber Bragg grating ； strain transmission ； shape reconstruction

海洋FBG压力及温补传感器温度响应一致性研究

海洋FBG压力及温补传感器温度响应一致性研究张登攀;秦钢;王永杰;王力【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2018(048)009【摘要】为满足船载拖曳式全光纤海洋温深剖面连续测量的要求,测量海水深度的光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器利用FBG温度传感器作为其温补传感器.由于二者对温度同时敏感且对海水温度的响应时间存在不一致性,导致在拖曳测试海水压力时有所偏差.针对这一问题,本文对传感器的温度响应一致性进行分析研究.通过对FBG温度传感器的外管加装绝热材料,使其与FBG压力传感器的温度响应时间接近一致.通过海试验证,FBG压力传感器与标准传感器ALEC(亚力克)具有较高的测量相关性.【总页数】5页(P1128-1132)【作者】张登攀;秦钢;王永杰;王力【作者单位】河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454000;河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454000;中国科学院半导体研究所传感技术联合国家重点实验室,北京 100083;中国科学院半导体研究所传感技术联合国家重点实验室,北京 100083;中国科学院半导体研究所传感技术联合国家重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TN929.11【相关文献】1.基于Elman神经网络的压力传感器温补偿的研究 [J], 范重言;孙华;任俊松;刘小何2.FBG菱形结构传感器自温补性能研究 [J], 梁磊;曹珊;冯坤;仇磊;徐刚;张国柱3.FBG传感器在空腔爆炸压力测量中的应用研究 [J], 张继军;张东亮;李亮;张宝国;赵建伟;陶钧4.海洋双光纤光栅压力传感器的温度响应特性 [J], 张登攀;秦钢;王永杰;王力;安佳;彭丹丹5.贴片式压力传感器温度响应特性研究 [J], 高炳涛;胡凤岩;孙凤举;钟山;王慧龙;杜光宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

FBG应变传感器温度交叉敏感补偿技术研究

粘结于基底上。然后再将等强度梁置于恒器工作原理
１．１工作原理
（ＧＨＸ．５０）中，温度值由恒温箱控制，实验中待测应变值由等强度悬臂梁所悬挂的载荷控制，同时高温电阻应变片结合应变测量仪提供悬臂梁的实际应
所示。
△ Ａ／Ａ日＝（１一Ｐ） △ ＋（，＋ａ：）ＡＴ和热光系数。
（２）
式中，Ｐ、，和台分别为光纤的弹光系数、热膨胀系数当温度和应变的变化同时发生时，被测的应变信号和ＦＢＧ应变传感器输出信号问存在着较大的
ｓｕｒｅｍｅｎｔｉｎｈｉｇｈ — ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎｄｕｉｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｆｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ；ｃｒｏｓｓｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｄａｔａｆｕｓｉｏｎ
光
电
技
术
应
用
第２９卷
采取二元回归分析方法，通过计算机程序对现有传感器采集到的数据进行二元融合处理，建立温度和应变量的二元回归拟合模型［２ｏ１，可有效降低温度和应变的交叉敏感性，以实现传感器对目标参量

镍箔材在氢气传感器中的应用与敏感性评价

镍箔材在氢气传感器中的应用与敏感性评价导言：氢气作为一种洁净的能源，正逐渐成为替代传统能源的重要选择。

然而，氢气具有无色、无味和易燃爆的特点，对于工业生产和消费者的安全提出了挑战。

因此，快速、准确地检测氢气浓度的传感器的研发和应用显得尤为重要。

镍箔材作为一种具有良好化学稳定性和电子导电性能的材料，已被广泛用于氢气传感器。

本文将重点介绍镍箔材在氢气传感器中的应用，并对其敏感性进行评价。

一、镍箔材在氢气传感器中的应用1. 基本原理氢气传感器的基本原理是利用所测氢气与传感元件表面的反应产生的电荷或电流的变化来测量氢气浓度。

其中，镍箔材作为传感元件，承担了关键的作用。

镍箔材对氢气具有较高的选择性，可以与氢气发生电化学反应，从而产生电流信号。

这是因为镍箔材的电子云具有较强的吸氢性能，而且其表面具有大量的活性位点，能够提供足够的反应位点。

2. 制备方法镍箔材的制备方法多种多样，主要包括机械法、物理法和化学法。

其中，物理法中的溅射法和化学法中的化学还原法是常用的制备方法。

溅射法制备的镍箔材表面光滑、均匀，具有较高的纯度，适用于高精度和高灵敏度的氢气传感器制备。

化学还原法制备的镍箔材则具有较大的比表面积和更好的反应活性，适用于高灵敏度和快速响应的传感器制备。

3. 氢气传感器的性能氢气传感器的性能主要包括灵敏度、选择性、稳定性和响应时间等。

镍箔材在上述性能中起到重要的作用。

首先，镍箔材具有较高的灵敏度，可以在较低的氢气浓度下产生可检测的电流信号。

其次，镍箔材对氢气具有较高的选择性，可以避免其他气体的干扰，提高测量的准确性。

此外，镍箔材的稳定性较好，可以长时间稳定运行而不损失灵敏度。

最后，镍箔材还具有快速的响应时间，可以迅速识别氢气浓度的变化。

二、镍箔材在氢气传感器中的敏感性评价1. 实验设计为了评价镍箔材在氢气传感器中的敏感性能，我们设计了一系列的实验。

首先，我们制备了不同厚度和形态的镍箔样品，并对其进行了物理和化学性质的表征。

化学镀Ni-Zn-P FBG及其温度传感特性

化学镀Ni-Zn-P FBG及其温度传感特性李玉龙;吕明阳;赵诚【摘要】通过化学镀和电镀的方法使光纤布拉格光栅金属化，可对光纤光栅进行保护、增敏，使其具有可焊性，进而可通过焊接嵌入金属或封装在表面监测工作状态。

采用化学镀Ni-Zn-P方法对光纤布拉格光栅进行了金属化，通过体视显微镜和金相显微镜观察Ni-Zn-P镀层；对化学镀后的光纤光栅进行了30～70℃温度传感试验，分析了传感特性。

结果表明：化学镀后的光纤与镀层结合良好，具有导电性可以进一步电镀；化学镀光栅与裸光栅相比温度传感灵敏度提升1．1倍，存在迟滞误差，随静置时间的推移灵敏度不变，迟滞误差减小。

残余应力是产生迟滞误差的主要原因，分析讨论了残余应力的来源和残余应力对金属化光栅中心波长的影响。

%A fiber Bragg grating (FBG)can be effectively metallized and protected by using the chemical plating and electro-plating methods. After metallization,the sensitivity of the FBG can be enhanced,and the metallized FBG can be embedded in a metal by using the brazing or soldering process for monitoring the internal temperature and strain. In this study,the FBGs were metallized by electroless Ni-Zn-P plating method;the quality of the coating was observed with the stereomicroscopy and optical microscopy;Temperature sensing tests for the metallized FBGs were conducted in a controlled water bath with the temperature range of30~70℃,the sensing characteristics were analyzed. Results show:the interface between the coating and FBG presents a good bonding,and the coating has a nice conductivity;the sensitivity of the metallized FBG is about 1. 1 times of that of a bare FBG,and there is a hysteresis error in thesensing curve;it is noted that the sensitivity remains the same value and the hysteresis error decreases with the time aging;the hysteresis error is caused by the residual stress,the origin of residual stress and its influences on the central wavelength are analyzed.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P649-653)【关键词】光纤布拉格光栅;温度传感;化学镀Ni-Zn-P;残余应力;增敏【作者】李玉龙;吕明阳;赵诚【作者单位】南昌大学机电工程学院机器人及焊接自动化重点实验室，江西南昌330031;南昌大学机电工程学院机器人及焊接自动化重点实验室，江西南昌330031;南昌大学机电工程学院机器人及焊接自动化重点实验室，江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】TP212.141 引言智能材料结构是指将传感元件、驱动元件以及有关的信号处理和控制电路集成在基体材料结构中，使其不仅具有承受载荷的能力，而且具有识别、分析、处理及控制等多种功能。

基于锥形FBG的温度不敏感的压力传感器研究的开题报告

基于锥形FBG的温度不敏感的压力传感器研究的开
题报告
一、选题背景和意义
传感器是一种重要的测量和控制设备，在现代工业、生活和科学研
究中有广泛的应用。

压力传感器是其中一种主要传感器，通常用于测量
液体、气体以及其他流体中的压力。

目前，已有许多基于光纤传感技术
的压力传感器被研究开发，但是大多数都存在着温度影响较大、价格昂
贵等缺点。

本课题研究基于锥形FBG的压力传感器，它不仅能够减小温度影响，而且制作成本相对较低，因此在应用领域有不错的发展前景。

本研究将
探索锥形FBG在压力测量方面的应用，解决传统光纤传感器温度影响大
的问题，推动光纤传感技术在工程中的应用和推广。

二、研究内容和步骤
1. 压力传感器原理的研究。

介绍压力传感器的基本原理和工作机理。

2. 光纤传感技术的研究。

介绍光纤传感技术的基础知识，包括光纤
光栅（FBG）的制作原理、光谱测量技术等。

3. 锥形FBG结构的设计和制作。

设计符合压力测量要求的锥形FBG 结构，采用光纺拉法和激光写入技术制作FBG。

4. 压力传感器测试和实验验证。

对设计制作的压力传感器进行实验
测试，验证其温度不敏感和压力灵敏度。

三、预期成果和意义
预计本研究通过使用锥形FBG结构的压力传感器，提高了传感器的
温度稳定性并实现了较高的压力精度。

同时，通过实验验证锥形FBG压
力传感器的稳定与精度，以建立可操作的光纤压力测量平台。

研究成果
有望为光纤传感技术在压力传感领域的应用提供新思路，并极大地推动光纤传感技术在实际应用中的进一步发展和广泛应用。

双膜结构FBG土压力传感器优化设计及灵敏度分析

双膜结构FBG土压力传感器优化设计及灵敏度分析
邢广志;陈博智;吴文婧
【期刊名称】《应用科学学报》
【年(卷),期】2024(42)2
【摘要】为实现桩基础结构安全及其服役状态的监测和有效评估,提出一种双膜结构土压力传感器,以光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)为传感元件,通过保护结构中增加的温度补偿膜,实现温度作用与外部荷载作用的彻底分离。

基于双膜结构土压力传感器的工作原理,讨论了传感器压力灵敏度系数特性。

结合有限元分析和实验研究,对灵敏度系数的影响参数展开了系统分析。

数值分析结果表明,膜片厚度对压力敏感度系数的影响最大,结构半径和膜片厚度可选取为20 mm和1.8 mm;实验结果表明,在0-2 MPa范围内,压力灵敏度系数达3.32 pm/kPa。

【总页数】14页(P248-261)
【作者】邢广志;陈博智;吴文婧
【作者单位】江苏科技大学土木工程与建筑学院;中国联合工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN253
【相关文献】
1.小量程、高灵敏度微压力传感器的优化设计
2.SOI压力传感器的灵敏度优化设计
3.FBG可变灵敏度压力传感器设计
4.微型 FBG 土压力传感器的优化设计及其模型试验应用研究
5.高灵敏度电容式柔性压力传感器的设计与优化
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FBG温度灵敏度及增敏技术研究进展

李娜，国东，王王允建，王素玲
焦作４４０）５００
（河南理工大学电气工程与自动化学院，河南
摘
要：研究了光纤布拉格光栅（Ｂ的温度传感机理及特征参数对温度灵敏度的影响．对国内外光纤光栅温度增敏ＦＧ）针
研究的几大方向，分别从光纤光栅的材料选择、写入方法、封装材料和封装工艺等方面，进一步详细分析了光纤光栅温度传感
Ａｂｔｃ：ｅｓｎｉｇｐｉｃｌｏｂｒｒｇｒｔｇＦＧｓａｄｔｅｅｅｔｏｅｆｔｒｓａａｔｒｎｓａｔＴｈｅｓｒｉｅｆｉｅａｇｇａｉｓ（Ｂ）ｎｆｃｓｆｈａｕｅｒｍｅｅｒｎｎｐｆＢｎｈｆｔｅｐｏ
余的透射光谱则不受影响，纤光栅就起到反射镜光
的作用（图１示）如所．
腐蚀、易形变等优点，到了各国普遍重视．着光受随
纤光栅制作工艺的不断成取得了很大进展＿ｊ１．温度变化是能直接引起Ｂａｇ反射波长漂移的ｒｇ
ＰｒｇｅｓｏｍｐｅａｕｅＳｎｓｔｖｔｎｃｏｒｓｎＴｅｒｔｒｅｉｉｉｙａｄＴｅｈｎｉｕｓｑｅ
ａｏｔＳｅｉｉｉｙＥｎｈｎｉｆＦｉｅａｇＧｒｔｎｇｂｕｎｓｔｖｔａｃｎｇｏｂｒＢｒｇａｉｓ
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FBG传感技术的研究及应用

FBG传感技术的研究及应用一、引言FBG（Fiber Bragg Grating）是一种基于光纤的传感技术，具有高灵敏度、高稳定性、易集成等特点，广泛应用于机械、航空、航天、水利、石油等领域。

本文将就FBG传感技术的研究及应用进行探讨。

二、FBG的基本原理光纤光栅（FBG）是一种利用一定的周期性折射率变化在光纤中形成反射效应的光学元件。

FBG是由一段光纤的一部分中引入了周期的折射率变化而形成的。

这种折射率变化通常是由于光纤受到了受控压力、温度变化、应变等物理量的影响而引起的。

当一束光通过FBG时，会由于其与光纤中的折射率变化而形成反射，反射产生的光谱特征可以依据Fiber Bragg Grating的滤波特征得到解读。

三、FBG传感技术的应用领域在机械领域，FBG传感技术被广泛应用于机械结构的损伤检测。

通过在机械结构的不同位置安装含有FBG传感器的传感器，可以实时监测机械结构的应变、温度变化等情况，及时发现问题，避免事故发生。

在航空航天领域，FBG传感技术可以用来测量飞机翼的应变，以实现对飞机的结构进行监测。

FBG传感器会在飞机翼上布置数百个传感器，以测量翼面的应变，可充分了解飞机结构的状况，及时发现漏洞，避免飞机失效。

在石油勘探领域，FBG传感技术可用于地下油气管道的监测。

通过油管埋入环境传感器或钻井监测接口中，可实现实时监测井深、温度变化、应变等参数，通过分析数据，可推算出油气存储量和油气状况，达到提高采油效率的效果。

四、FBG传感技术的发展趋势随着人们对工业生产环节的越来越高的精度要求和对环境、能源利用的需求，对于传感器的精度和数据信息的量衡也有了更高的要求。

FBG传感技术作为一种高精度、大数据量、可远程实时监测的传感技术，将在更多领域有着更广泛的应用。

未来，随着物联网技术的不断革新和发展，FBG传感技术也将得到更为广泛的应用。

特别是在高端制造、智能环保、智能家居等领域，FBG传感技术将为行业的智能化、自动化发展提供有力支撑，让企业更好地实现数字化转型。

新材料对传感器性能的影响研究

新材料对传感器性能的影响研究在当今科技飞速发展的时代，传感器作为获取信息的关键器件，其性能的提升对于各个领域的发展都具有至关重要的意义。

而新材料的不断涌现，为传感器性能的优化和突破带来了新的机遇与挑战。

传感器的性能主要包括灵敏度、选择性、稳定性、响应时间、检测限等多个方面。

这些性能指标直接影响着传感器在实际应用中的效果和可靠性。

新材料的引入，可以从多个角度对这些性能指标产生影响。

首先，新材料能够显著提高传感器的灵敏度。

例如，碳纳米管具有优异的电学性能和巨大的比表面积，将其应用于化学传感器中，可以极大地增加与待测物质的接触面积，从而提高检测的灵敏度。

此外，石墨烯这种新型二维材料，由于其独特的电子结构和超高的载流子迁移率，也为传感器灵敏度的提升提供了可能。

选择性是传感器的另一个重要性能指标，新材料在这方面同样发挥着重要作用。

一些具有特定分子识别能力的材料，如分子印迹聚合物，可以通过特定的合成方法在其结构中形成与目标分子形状、大小和化学性质相匹配的识别位点。

当目标分子与这些识别位点结合时，传感器能够产生特异性的响应，从而实现对目标分子的高选择性检测。

稳定性是传感器能够长期可靠工作的关键。

传统材料在长期使用过程中可能会出现性能衰退、老化等问题，而一些新型的无机纳米材料，如金属氧化物纳米颗粒，具有良好的化学稳定性和热稳定性。

将其用于传感器的制造，可以有效提高传感器在复杂环境下的稳定性和使用寿命。

响应时间是衡量传感器性能的一个重要参数，它直接影响着传感器对动态变化的检测能力。

一些具有快速电子传输特性的新材料，如量子点，可以大大缩短传感器的响应时间，使其能够更及时地捕捉到被检测物质的变化。

在检测限方面，新材料也带来了显著的改善。

例如，新型的荧光纳米材料具有极高的发光效率和灵敏度，能够检测到极低浓度的目标物质，从而降低传感器的检测限。

然而，新材料在为传感器性能带来提升的同时，也面临着一些问题和挑战。

新材料的制备工艺往往较为复杂，成本较高，这在一定程度上限制了其大规模的应用。

全金属化应变不敏感FBG温度传感器特性研究

全金属化应变不敏感FBG温度传感器特性研究戎丹丹;张钰民;杨润涛;骆飞;祝连庆【摘要】为了解决传统胶封光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器存在严重胶蠕变和老化问题,提出基于一步超声波焊接的全金属化封装FBG传感器方法,采用有限元分析方法进行传感器的应变不敏感结构设计并制作了该温度传感器进行实验验证.测试结果表明,该方法制作的特定封装形式的FBG传感器对轴向应变不敏感,温度灵敏度达到39. 16 pm/℃,是封装前裸光栅的4倍,线性度超过0. 999,具有较好的重复性,并且温度从20 ℃改变到100 ℃的动态测量响应时间小于30 s.该金属化封装FBG温度传感器的工艺简单,制作周期短,其优异的温度传感特性在高精度、高可靠性传感监测领域具有广泛的应用前景.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2018(048)009【总页数】6页(P1133-1138)【关键词】金属化封装;应变不敏感;光纤布拉格光栅;超声波焊接【作者】戎丹丹;张钰民;杨润涛;骆飞;祝连庆【作者单位】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;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;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;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;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;现代测控技术教育部重点实验室,北京100192;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【正文语种】中文【中图分类】TN929.111 引言结构健康监测(SHM)在现代工程扮演着重要的角色,它能够实时把握工程结构的全寿命质量与安全状况,确保工程结构使用的安全性、完整性、适用性与耐久性[1-2]。

光纤布拉格光栅(FBG)由于具有体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀、寿命长、复用性好等优点,被认为是用于长期结构健康监测的最理想传感元件之一[3-4]。

浅析FBG传感器原理及优点

浅析FBG传感器原理及优点FBG(Fiber BraggGrating：即光纤布拉格光栅)是衍射光栅概念的发展，其衍射是由光纤内部折射率的变化实现的。

FBG 于1978 年问世，它利用掺杂(如锗、磷等)光纤的光敏性，通过紫外写入的方法使外界入射光子和纤芯内的掺杂粒子相互作用，导致纤芯折射率沿纤轴方向周期性或非周期性的永久性变化，在纤芯内形成空间相位光栅(如FBG 传感的基本原理如FBG 好像一个窄带的反光镜，只反射一个波长而透射其余的波长。

被反射的波长称为Bragg 波长，满足光纤光栅的Bragg 方程式，即满足条件λB=2neffΛ式中，∧为Bragg 光栅周期;neff 为反向耦合模有效折射率。

该方程式为光纤光栅在外界作用下Bragg 波长的传感响应提供了理论工具，即任何使这两个参量发生改变的过程，都将引起光栅Bragg 波长的移位。

因此，常见的FBG 传感器，就是通过测量布拉格波长的移动(或漂移)而实现对被测量的检测的。

在所有引起光栅Bragg 波长移位的外界因素中，最直接的是应力、应变参量。

因为无论是对光栅进行拉伸或挤压，都将导致光栅周期∧的变化，并且光纤本身所具有的弹光效应，使得有效折射率也随着外界应力状态的变化而改变。

据此，可用光纤Bragg 光栅制成灵敏的光纤传感器。

其中，应力引起光栅Bragg 波长的移位可以由下式统一描述ΔλB=2neffΔΛ+2ΔneffΛ式中，ΔΛ为光纤本身在应力作用下的弹性形变; Δneff为光纤的弹光效应。

不同的外界应力状态将导致ΔΛ和Δneff的不同变化。

因此，只要检测到反射信号中光栅Bragg 波长的移位ΔλB，即可检测到待测传感量的变化。

从弹光效应的角度来看，光纤光栅对纵向压力较横向压力更为敏感。

综合弹光和波导两种效应，光纤光栅对于均匀横向应力的灵敏度较纵向伸缩要小，因而在复杂应力情况下，由纵向压力引起的波长移位将会占主要地位。

若只考虑轴向应变(即纵向压力)时，则引起中心波长位移的相对变化为式中，为光纤光栅应变灵敏度系数，为轴向应变。

FBG传感器温度性能及温度补偿实验

得到的温度灵敏度与理论分析结果非常吻合；用低膨胀材料做工作片基底，高膨胀材料做补偿片基底，使用可以有效地减小温度补偿误差，高测量精度。提关键词：ＢＦＧ温度传感器；度灵敏度；温温度补偿
收稿日期：０７— ４—１２００６
维普资讯
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１・４
河南科技大学学报：自然科学版
２００７正
对于典型的石英单模光纤，ｅ＝０２， △ 占＝０７６，Ｐ．２即Ａ．８ＡＡ因此，光栅的波长漂移与应变也是
中图分类号：Ｐ１．４Ｔ２２１文献标识码：Ａ
Ｕ
刖蟊
近年来，ＦＧ（ｉｅＢａｇＧａｎｓ传感技术发展很快，ＢＢＦｂｒｒｇｒｉｇ）ｔＦＧ传感器的应用越来越多，用领域也应越来越广泛］除了用于温度测量外，还可以用来测量很多参量，，它如应变、力、压位移、压等。但水
偿办法。
１ＦＧ传感原理Ｂ
ＦＧ反射波长ＡＢ可表示为Ａ＝２，ｎＡｚ
式中以为光栅周期；为传导模的平均有效折射率，ｎ其数值近似于纤芯材料的折射率；。Ａ随外ｎ和
界环境温度的变化而改变。
在测量这些参量时，不可避免地要受到温度的干扰，何把温度的影响从测量数据中分离出去，如即做温

一种新型的基片式高灵敏度FBG温度传感器

2019年第7期一种新型的基片式高灵敏度FBG 温度传感器Novel substrate high sensitivity FBG temperature sensorXU Xuewu,WANG Hong *,PAN Jiadong,TAO Hui(School of Mechanical and Electrical Engineering,Guilin University of Electronic Technology,Guilin Guangxi 541004,China )Abstract:Fiber Bragg grating (FBG )is a new type of optical passive device widely used in sensor measurement.Since the sensi-tivity of bare FBG is very low,it needs to be sensitized and packaged.In this paper,an in-depth study is carried out to propose a new type of high sensitivity FBG temperature sensor.The sensor is packaged with an aluminum-super-invar steel substrate,that is,aluminum and super-invar steel having different thermal expansion coefficients are used as a base material,and are designed as a transition fit structure.When the aluminum sheet is deformed by heat,a pressing force is formed between the two,and the squeeze is formed.The pressure drives the aluminum to extend to both ends of the longitudinal direction,and the strain of the FBG is increased,and the sensitivity is improved.It is verified by water bath heating test.The results show that the sensitivity co-efficient of the sensor is greatly improved to 34.3pm/℃,which is 2.9times that of bare FBG,and 9.7pm/℃higher than that of conventional aluminum foil packaged FBG temperature sensor.Key words:FBG;temperature sensor;sensitization package;sensitivity徐学武,王红*,潘家栋,陶辉(桂林电子科技大学机电工程学院,广西桂林541004)摘要:光纤布喇格光栅(F BG )是一种新型的光学无源器件,广泛用于传感测量领域。