光纤光栅应变传感器研究
光纤布拉格光栅传感器测量温度和应变的原理
光纤布拉格光栅传感器测量温度和应变的原理光纤布拉格光栅传感器，简称FBG传感器，这可是个神奇的东西哦！它不仅可以测量温度，还能测量应变，简直就是个万能的小助手。
今天，我就来给大家聊聊这个神奇的小家伙是怎么工作的，让我们一起揭开它的神秘面纱吧！我们来了解一下FBG传感器的基本结构。
它是由一系列周期性折射率不同的光纤组成的，这些光纤就像一根根细细的琴弦，当光线通过它们时，会发生折射现象。
而这种折射现象正是FBG传感器测量温度和应变的关键所在。
FBG传感器是如何测量温度的呢？其实，这就要靠那些神奇的光纤了。
当阳光或者光源照射到光纤上时，光纤中的原子会吸收一部分光线，使得光线在光纤内部发生反射。
而反射回来的光线经过多次反射后，最终到达了FBG传感器的检测器。
检测器会根据反射光线的强度和时间变化来计算出光纤的温度。
是不是很厉害啊！我们再来聊聊FBG传感器是如何测量应变的。
其实，这也是利用了光纤的折射现象。
当FBG传感器受到外力作用时，光纤会发生形变，从而导致折射光线的变化。
而这种变化又被检测器捕捉到，从而计算出了应变的大小。
是不是感觉FBG传感器就像一个神奇的变形金刚一样，可以感知到周围的变化呢！FBG传感器有哪些应用呢？其实，它的应用范围非常广泛。
在建筑行业中，它可以用来检测混凝土的结构变化；在医疗行业中，它可以用来监测人体的生理指标；在汽车制造行业中，它可以用来检测车身的变形情况。
只要有需要测量温度和应变的地方，FBG传感器都可以派上用场哦！当然啦，虽然FBG传感器非常神奇，但它也有一些局限性。
比如说，它的灵敏度有限，不能用来检测非常微小的应变；而且，它的精度也有一定的误差。
随着科技的发展，相信这些问题都会得到解决的。
今天关于光纤布拉格光栅传感器测量温度和应变的原理就给大家介绍到这里了。
希望对大家有所帮助哦！下次再见啦！。
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。
光纤光栅传感实验
应变 可以使很多物理量（如，压力、形变、位移、电 流、电压、振动、速度、加速度、流量等等）的函数， 应用光纤光栅可以制造出不同用途的传感头，测量光 栅波长的变化就可以计算出待测物理量的变化，所以 (1)式是光栅传感的基本方程. (1)式是光栅传感的基本方程. 2.光纤光栅传感的基本原理 2.光纤光栅传感的基本原理 （1）光纤光栅受到温度或应变影响时, 光纤光栅峰值 ）光纤光栅受到温度或应变影响时, 波长会发生变化，其相对变化量可以写 成 ∆λ / λ = (α + ξ )∆T + (1 − p )ε ，为了提高光纤光栅温度灵敏 度，在光纤光栅温度传感器中，是将光纤光栅封装在 温度增敏材料的基座上，外部有不锈钢管保护，外面 有加热装置，其测量温度可由（2 有加热装置，其测量温度可由（2）式计算
实验目的
• １．了解光纤光栅基本特性和光纤传感的
基本原理． • ２．了解光纤光栅传感测量的基本方法和 原理． • ３．手工记录数据进行光纤光栅传感的温 度测量实验．
实验原理
1.光纤光栅及其特性 1.光纤光栅及其特性 光纤光栅的基本结构如图1 光纤光栅的基本结构如图1所示。光纤光 栅是利用光纤材料的光敏性：即外界入射 光子和纤芯相互作用而引起后者折射率的 永久性变化，用紫外激光直接写入法在单 模光纤的纤芯内形成的空间相位光栅，其 实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或 反射镜。
SGQSGQ-1 光纤光栅传感实验仪
试单元和光纤光栅传感单元，基本结构如 图2-1，2-2所示
实验内容
光纤光栅温度传感实验 (1)实验前的准备 (1)实验前的准备 将测试单元中宽带光源1的输出接口3 将测试单元中宽带光源1的输出接口3与宽 带光源输入端4用条线连接，将RS232接口 带光源输入端4用条线连接，将RS232接口 与计算机连接，将光纤光栅传感单元中的 光纤光栅温度传感信号输出端14或15与传 光纤光栅温度传感信号输出端14或15与传 感信号输入接口12连接，温度旋钮调至最 感信号输入接口12连接，温度旋钮调至最 小，开启传感单元电源，启动软件。
中科院半导体所科技成果——光纤光栅应变传感器
中科院半导体所科技成果——光纤光栅应变传感器项目成熟阶段成熟期项目来源企业委托
成果简介光纤光栅应变传感器利用光纤进行传感和传输，本质无源、体积小、重量轻、无电磁干扰问题。
一根光纤可串联多支传感器，配合高精度解调系统，可进行数百只传感器的大规模组网应用。
传感器可设计成不同封装形式，如表面粘接式、焊接式、埋入式、螺栓安装式等。
广泛应用于石油石化、电力、消防、土木工程、水利工程、现代交通等领域。
技术特点体积小、重量轻、无电磁干扰、传输距离长（可达数千米）、可大规模组网。
专利情况该技术已为成熟技术，不存在专利壁垒问题。
市场分析土木工程监测领域需求强烈，年市场容量在一亿人民币以上。
半导体所的光纤应变传感器已经成功用于杭州湾跨海大桥、西气东输工程的管道、太原卫星发射中心的健康监测中，取得了良好的效果。
合作方式技术服务、技术入股
产业化所需条件企业提供厂房、基础建设、600万启动资金和设备资金，5人左右的技术团队和10人左右的生产团队。
光纤光栅应变
光纤光栅应变
光纤光栅应变是光子学中一种非常重要的应用领域。
在实践中，光纤光栅常常被用于测量各种应变，如温度、压力、位移等。
其基本原理是通过监测光纤光栅的中心波长的偏移量，可以计算出其所受到的应变。
光纤光栅应变传感器具有许多优点，例如高灵敏度、高精度、抗电磁干扰、耐腐蚀等。
由于这些优点，光纤光栅应变传感器在许多领域中都得到了广泛的应用，如土木工程、航空航天、石油化工、交通运输等。
然而，光纤光栅应变传感器也存在一些挑战和限制。
例如，光纤光栅的响应时间和恢复时间较长，容易受到温度和湿度的影响，以及容易受到机械应力的影响。
因此，为了提高光纤光栅应变传感器的性能和可靠性，需要进一步研究和改进其材料和制造工艺。
总之，光纤光栅应变传感器是一种非常重要的应用领域，具有广泛的应用前景和重要的研究价值。
未来，随着光子学技术的不断发展，光纤光栅应变传感器将会得到更广泛的应用和更深入的研究。
1。
多参量融合的光纤光栅传感器测试技术研究
多参量融合的光纤光栅传感器测试技术研究引言光纤光栅传感技术是一种重要的光纤传感技术，其在光纤通信、结构监测、环境监测等领域有着广泛的应用。
在实际应用中，传感器需要检测多个参数，例如温度、压力、应变等，因此需要开发多参量融合的光纤光栅传感器测试技术。
本文将对多参量融合的光纤光栅传感器测试技术进行研究，以期为光纤光栅传感技术的进一步发展提供参考。
一、多参数融合光纤光栅传感器的原理多参数融合光纤光栅传感器是利用光纤光栅传感器的特点，将不同参数的传感信号通过光纤网络传输到测试端，利用合适的测试技术对传感信号进行分析处理，从而实现多参数的融合检测。
多参数融合光纤光栅传感器的原理包括传感信号采集、光纤传输、光纤光栅测试和数据处理等环节。
传感信号采集通过光纤传感器感知目标参数的变化，并将其转换成光信号。
光纤传输将光信号通过光纤网络传输到测试端。
光纤光栅测试采用光纤光栅传感技术对传感信号进行测试，获取目标参数的变化信息。
数据处理通过合适的算法对传感信号进行处理，融合多个参数，获得目标参数的整体信息。
2. 光纤传输技术光纤传输技术是多参数融合光纤光栅传感器的关键环节。
光纤传输技术需要具备低损耗、高可靠性、大带宽等特点，以保证传感信号的准确传输。
目前常用的光纤传输技术包括单模光纤、多模光纤、光纤光栅等，可以满足不同传感信号的传输需求。
3. 光纤光栅测试技术光纤光栅测试技术是多参数融合光纤光栅传感器的核心技术。
光纤光栅传感技术是一种利用光纤光栅的衍射原理来实现光信号的传感，通过光纤光栅测试技术可以获取传感信号的频谱信息，从而得到目标参数的变化信息。
4. 数据处理技术数据处理技术是多参数融合光纤光栅传感器的关键环节。
数据处理技术需要具备快速、精确、稳定的特点，以保证传感信号的准确处理。
常用的数据处理技术包括小波变换、神经网络、模糊逻辑等，可以对传感信号进行融合处理，得到目标参数的整体信息。
三、多参数融合光纤光栅传感器测试技术的应用多参数融合光纤光栅传感器测试技术可以应用于结构监测、环境监测、安全监测等领域。
保偏光纤光栅应变传感器的研究
保偏光纤光栅应变传感器的研究孙宇丹【摘要】针对光纤布拉格光栅(FBG)温度和应变的交叉敏感问题,设计了一种带熔点保偏光纤光栅(PMFBG)结构.该结构通过将2段保偏光纤带加大推进量熔接,形成中间凸起结构,然后在熔点位置写入光栅.文中首先采用熊猫保偏光纤设计制作了该结构,并搭建实验装置测试其在(0～2)N轴向应力作用下的反射光谱,发现PMFBG 快轴和慢轴的反射谱均分裂成2个峰值,随着轴向应力的增加,反射谱整体产生红移,同时分裂的2个峰值强度的比值单调减小,且不受温度的影响.随后,采用有限元法分析了该结构的轴向应变分布,并基于传输矩阵法仿真分析了该PMFBG反射光谱随应力的变化特性,仿真与实验结果的一致性较好.证实可利用PMFBG反射光谱的峰值之比消除轴向应变与温度的交叉敏感性,实现轴向应变的测量.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】5页(P942-946)【关键词】保偏光纤光栅;应变传感器;熔点;温度不敏感【作者】孙宇丹【作者单位】大庆师范学院机电工程学院,黑龙江大庆163712【正文语种】中文【中图分类】TN253;O439引言光纤光栅(FBG)作为一种重要的传感器件具有体积小、重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，并且能够实现准分布式测量，已经广泛应用于桥梁、大坝等建筑物的健康监测[1-3]。
然而，在实际应用过程中往往需要克服温度与应变的交叉敏感问题[4-5]，为此研究人员提出很多解决方法，如采用双FBG法[6]，FBG和长周期光纤光栅结合法[7]，以及特殊结构光纤光栅法[8-10]。
保偏光纤作为一种特种光纤已经得到广泛应用，当在保偏光纤上写入光栅时，其反射谱包含2个布拉格共振峰。
并且，这2个Bragg反射波长对温度和应变的敏感系数不同，可直接解决普通FBG的温度与应变交叉敏感问题。
然而，慢轴和快轴布拉格反射波长的相对漂移量随温度和应变的变化差别较小，导致同时测量温度和应变时灵敏度较低[11]。
光纤光栅应变传感器测量应变误差分析
孙佃亮 等
之间的关系。通过理论分析，得到了横向效应所引起的测量误差，针对复杂平面应变问题，修正了测量 应变的计算公式，分析了安装角度、安装角度偏差等因素对测量精度的影响，得出：测量误差与安装角 度成近似正弦变化，随着主应变比增大，应变测量误差逐渐减小。该理论为光纤光栅在实际中的应用提 供了理论指导。
收稿日期：2019年2月25日；录用日期：2019年3月13日；发布日期：2019年3月21日
摘
*
要
光纤光栅应变传感器测量应变与实际应变并不相同，为了提高测量精度，需要研究测量应变与实际应变
通讯作者。
文章引用: 孙佃亮, 吴入军, 张晓峰, 陈田, 马雪芬. 光纤光栅应变传感器测量应变误差分析[J]. 仪器与设备, 2019, 7(1): 58-65. DOI: 10.12677/iae.2019.71009
(1)
由公式(1)可知：轴向应变与波长相对变化量成正比关系。然而，光纤光栅在实际测量时，不仅受到 如图 1 所示， 在 x 方向存在单向应变 ε x 的应变场中， 对于光纤 F2， 其承受横向作用， 设 ∆λ λ = K Bε x ， 其中 K B 为光栅的横向灵敏系数，对于光纤光栅 F1，存在： ∆λL = λ K L ε x ，其中 KL 为光栅的轴向灵敏系 数。假设 H 为横向灵敏系数与轴向灵敏系数之比，则存在公式(2)：
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1. 引言
光纤光栅应变传感器是随着通信技术的发展而发展起来的， 由于光纤光栅应变传感器同传统的机械、 电子类传感器相比，具有体积小、质量轻、抗电磁干扰等诸多优点，其在航空航天、医疗器械、土木工 程等诸多领域都得到了广泛的应用[1] [2]。 在光纤光栅应变传感器的实际应变测量时，主要利用了光纤光栅的轴向应变的灵敏性，没有考虑 光纤光栅横向效应对光纤光栅反射波长的影响，即认为光纤光栅受到的横向应变对反射波长无影响。 通过资料调研[3] [4，因此，如果 不考虑横向效应的影响，将会对光纤光栅测量结构造成一定的误差[5] [6]。苏晨辉[7]等人对表面粘贴 式光纤光栅传感器的应变传递机理进行了研究，张俊康[8]、梅钰洁[9]研究了光纤光栅传感器在螺旋管 和蒙皮中的测试技术，孙媛凯 [10]等人对光纤光栅传感器进行了实验标定，实验证明具有良好的线性 度和精度。 本文首次综合考虑了光纤光栅应变传感器横向效应、安装角度、安装角度偏差等因素对测量应变的 影响，并得到了安装角度和安装角度偏差对测量应变的关系表达式，对光纤光栅应变传感器的实际应用 具有很好的指导意义。
光纤光栅传感实验报告
一、实验目的本次实验旨在了解光纤光栅传感技术的基本原理、工作过程以及其在实际应用中的重要性。
通过实验，掌握光纤光栅传感器的制作方法、传感特性以及传感信号的处理技术，为后续研究光纤光栅传感器在相关领域的应用打下基础。
二、实验原理光纤光栅传感器是一种基于光纤布拉格光栅（FBG）原理的新型传感器。
当外界物理量（如温度、应变、压力等）作用于光纤光栅时，光栅的布拉格波长会发生相应的变化，从而实现物理量的测量。
三、实验仪器与材料1. 光纤光栅传感器实验装置2. 光纤光谱分析仪3. 恒温水浴箱4. 拉伸机5. 氧化铝薄膜四、实验步骤1. 光纤光栅传感器的制作（1）将一根单模光纤切割成一定长度，并利用氧化铝薄膜对光纤进行腐蚀，形成光纤光栅。
（2）将制作好的光纤光栅固定在实验装置上，并进行封装。
2. 温度传感实验（1）将光纤光栅传感器放入恒温水浴箱中，分别设置不同的温度，记录光纤光谱分析仪输出的布拉格波长。
（2）分析温度与布拉格波长之间的关系，绘制温度-波长曲线。
3. 应变传感实验（1）将光纤光栅传感器连接到拉伸机上，施加不同大小的应变，记录光纤光谱分析仪输出的布拉格波长。
（2）分析应变与布拉格波长之间的关系，绘制应变-波长曲线。
五、实验结果与分析1. 温度传感实验实验结果显示，随着温度的升高，光纤光栅传感器的布拉格波长发生蓝移，且蓝移量与温度呈线性关系。
通过拟合曲线，得到温度-波长关系式：$$\Delta\lambda = aT + b$$其中，$\Delta\lambda$为布拉格波长变化量，$T$为温度，$a$和$b$为拟合参数。
2. 应变传感实验实验结果显示，随着应变的增大，光纤光栅传感器的布拉格波长发生红移，且红移量与应变呈线性关系。
通过拟合曲线，得到应变-波长关系式：$$\Delta\lambda = c\epsilon + d$$其中，$\Delta\lambda$为布拉格波长变化量，$\epsilon$为应变，$c$和$d$为拟合参数。
FBG光纤光栅的应变和温度传感特性研究与实验验证讲解
光纤光栅的应力和温度传感特性研究 (1)一光纤光栅传感器理论基础 (1)1 光纤光栅应力测量 (1)2 光纤光栅温度测量 (2)3 光纤光栅压力测量 (3)二光纤光栅传感器增敏与封装 (4)1 光纤光栅的应力增敏 (4)2 光纤光栅的温度增敏 (5)3 光纤光栅的温度减敏 (5)4 嵌入式敏化与封装 (6)5 粘敷式敏化与封装 (7)三光纤光栅传感器交叉敏感问题及其解决方法 (9)1 参考光纤光栅法 (10)2 双光栅矩阵运算法 (10)3 FBG与LPFG混合法 (11)4 不同包层直径熔接法 (12)5 啁啾光栅法 (12)光纤光栅的应力和温度传感特性研究一光纤光栅传感器理论基础1 光纤光栅应力测量由耦合模理论可知，光纤布拉格光栅(FBG)的中心反射波长为：2B eff n λ=Λ (1)式中：eff n 为导模的有效折射率，Λ为光栅的固有周期。
当波长满足布拉格条件式(1)时，入射光将被光纤光栅反射回去。
由公式(1)可知，光纤光栅的中心反射波长B λ随eff n 和Λ的改变而改变。
FBG 对于应力和温度都是很敏感的，应力通过弹光效应和光纤光栅周期Λ的变化来影响B λ，温度则是通过热光效应和热胀效应来影响B λ。
当光纤光栅仅受应力作用时，光纤光栅的折射率和周期发生变化，引起中心反射波长B λ移动，因此有：effBBeffn n λλ∆∆∆Λ=+Λ (2) 式中：eff n ∆为折射率的变化，∆Λ为光栅周期的变化。
光栅产生应力时的折射率变化：()21211112eff eff e effn n P P P n μμεε∆=---=-⎡⎤⎣⎦ (3) 式中：()21211112e eff P n P P μμ=--⎡⎤⎣⎦ (4) ε是轴向应力，μ是纤芯材料的泊松比，11P 、12P 是弹光系数，e P 是有效弹光系数。
假设光纤光栅是绝对均匀的，也就是说，光栅的周期相对变化率和光栅段的物理长度的相对变化率是一致的。
光纤光栅传感实验
光纤光栅传感实验一、实验目的1. 理解光纤光栅的制作原理；2. 掌握光纤光栅传感的原理；3. 学会使用光纤光栅传感仪软件；4. 使用光纤光栅传感仪测量温度变化对输出波长的影响；5. 使用光纤光栅传感仪测量应力变化对输出波长的影响；二、实验原理光纤光栅传感的基本原理和光纤光栅传感测量的基本原理光纤光栅受温度T 和应变ε同时影响时，光纤光栅峰值波长会发生变化，其相对变化量可以写成：Δλ/λ=(α+ξ)ΔT+（1－Pe ）ε （6）其中α、ξ分别是光纤的热膨胀系数和热光系数，其值α＝0.55×10－6，ξ＝8.3×10－6，即温度灵敏度大约是0.0136 nm /℃，（λ为1550nm ）；Pe 是有效光弹系数，大约为0.22，即应变灵敏度为0.001209 nm /με。
2.1光纤光栅温度传感器为了提高光纤光栅温度灵敏度，在光纤光栅温度传感器中，是将光纤光栅封装在温度增敏材料基座上，外部有不锈钢管保护，外面有加热装置。
如图4。
波长变化量及温度灵敏度分别为（请自行推算）：Δλ/ΔT =（(α+ξ) +（1－P ）（αj －α））λ （7）[Δλ/ΔT =αt ]αt 定义为该温度传感器的温度灵敏度，可由实验获得，大约是αt ＝0.035nm/℃。
由测量到的波长的变化量可计算出温度的变化t-t 0：2.2光纤光栅应变传感器本实验仪的光纤光栅应变传感器是一种悬臂梁应变调谐机构。
应用材料力学原理可以严格计算出光纤光栅的应变，用于模拟环境物理量使光纤光栅产生的应变。
由光纤光栅的应变又可计算出传感光栅的波长变化。
图1光纤光栅示意图出 射 光布喇格光纤光栅 纤芯入射光 反射光光纤包层光纤光栅应变传感器原理图如图5光纤光栅粘接在悬臂梁距固定端根部x 位置，螺旋测微器调节挠度，由材料力学可知，光纤光栅的应变为：3)(3l dhx l -=ε （8） 其中l 、h 、d 分别表示梁的长度、挠度和中性面至表面的距离，η＝1－PePe 是光纤有效光弹系数。
光纤光栅的应变和温度传感特性研究
光纤光栅的应力和温度传感特性研究 (1)一 光纤光栅传感器理论基础 (1)1 光纤光栅应力测量 (1)2 光纤光栅温度测量 (2)3 光纤光栅压力测量 (3)二 光纤光栅传感器增敏与封装 (3)1 光纤光栅的应力增敏 (4)2 光纤光栅的温度增敏 (4)3 光纤光栅的温度减敏 (5)4 嵌入式敏化与封装 (5)5 粘敷式敏化与封装 (7)三 光纤光栅传感器交叉敏感问题及其解决方法 (9)1 参考光纤光栅法 (10)2 双光栅矩阵运算法 (10)3 FBG 与LPFG 混合法 (11)4 不同包层直径熔接法 (12)5 啁啾光栅法 (12)光纤光栅的应力和温度传感特性研究一 光纤光栅传感器理论基础1 光纤光栅应力测量由耦合模理论可知，光纤布拉格光栅(FBG)的中心反射波长为：2B eff n λ=Λ (1)式中：eff n 为导模的有效折射率，Λ为光栅的固有周期。
当波长满足布拉格条件式(1)时，入射光将被光纤光栅反射回去。
由公式(1)可知，光纤光栅的中心反射波长B λ随eff n 和Λ的改变而改变。
FBG 对于应力和温度都是很敏感的，应力通过弹光效应和光纤光栅周期Λ的变化来影响B λ，温度则是通过热光效应和热胀效应来影响B λ。
当光纤光栅仅受应力作用时，光纤光栅的折射率和周期发生变化，引起中心反射波长B λ移动，因此有：eff BB effn n λλ∆∆∆Λ=+Λ (2) 式中：eff n ∆为折射率的变化，∆Λ为光栅周期的变化。
光栅产生应力时的折射率变化：()21211112effeff e effn n P P P n μμεε∆=---=-⎡⎤⎣⎦ (3) 式中： ()21211112e eff P n P P μμ=--⎡⎤⎣⎦ (4) ε是轴向应力，μ是纤芯材料的泊松比，11P 、12P 是弹光系数，e P 是有效弹光系数。
假设光纤光栅是绝对均匀的，也就是说，光栅的周期相对变化率和光栅段的物理长度的相对变化率是一致的。
大应变光纤Bragg光栅传感器的研究
关键 词 ： 应变传感器 ； 光纤 Ｂａｇ ｒ 光栅 ； ｇ 应变减敏 ；ｒ ｇ Ｂａ 波长 ； 管 ； 固管 ｇ 调节 紧
中 图分 类 号 ： Ｐ １ ． ； Ｎ ５ Ｔ ２２ １Ｔ ２３
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ４ １ ９ （０ １ ０ － １ １ ０ １０ － ６ ９ ２ １ ） ８ １ ４ － ５
ｓａ ｎ ｉ ｂ ｒ ｔｉ ｎ ｆ ｅ ｗｈ ｃ ｉ ｌｓ ｔ ａ ３ ０ ０ ￡．Ｂｙ ｔ ｅ ｘ ｅ ｎ ｌｆ ｒ ｅ ， ｈ ｒ ｌｔｖ ｓｔｏ ｆ ｔ ｅ ｆｘ ｄ ｉｏ ｓ ａ ｅ ｉ ｉｈ ｓ ｅｓ ｈ ｎ ０ ｈ ｅ ｔｒ ａ ｏ ｃ ｓ ｔ ｅ ｅａｉ ｅ ｐｏ ｉｉｎ ｏ ｈ ｅ ｐ ｖ ｔ ｒ ｉ
的光纤 Ｂａｇ ｒｇ 光栅按 比例产生 了 Ｂ ａｇ波长移位 。通过荷载 ， ｒ ｇ 对大应 变光 纤 Ｂａｇ光栅传感 器进行 拉伸 ， ｒｇ 实验表 明 ， 该传 感器
的 载荷 响应 灵敏 度 为 １７ ３ｐ ／ ｇ应 变 灵 敏 度 为 ０ ６ ５ｐ －Ｉ ， 大 应 变 可 达 ５２ ０ ８ ．８ ｍ ｋ ， ．８ ｍ ｘ 最 ／ｅ ５ 。
Ｅ ＡＣ ７ ３ Ｅ；３ ０ Ｅ Ｃ：２ ０ ７ ２ Ｚ
ｄ ｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ － ６ ９ ２ １ ． ８ ０ ２ ｏ ：０ ３ ６ ／ ． ｓ ． ０ ４ １９ ． ０ １ ０ ． １ ｓ
大应 变光 纤 Ｂａｇ 栅 传 感 器 的研 究 术 ｒｇ 光
吴 垄 ， 李 川 ， 李英娜 ， 许晓平 ， 许江淳， 陈 焰
ｍａ ｉ ｍ ｔ ｉ ａ ｅ ｃ ｕ ｄ ｂｅ ５ ２ ０ Ｉｅ ｘ ｍｕ ｓａ ｎ ｒ ｎｇ ｏ ｌ ５ ｘ ．
Ｋｅ ｏ ｄ ：ｔ ｎｓｎｏ ； ｂｒＢａｇｇａ ｎ ；ｔ ｎｄ ｓｎｉｚｔ ｎ Ｂ ａｇｗ ｖｌ ｇ ；ｄｕｔ ｇｔｂ ； ｓ ｎｎ ｂ ｙｗ ｒ ｓ ｓ ｉ ｅｓｒｆ ｅ ｒｇ ｔ ｇ ｓ ｉ ｅｅ ｓｉ ｉ ； ｒｇ ａ ｅ ｎ ｔ ａｊｓ ｎ ｅ ｆ ｔ ｉｇｔ ｅ ａ ｉ ｒ ｉ ａ ｔａｏ ｅ ｈ ｉ ｕ ａｅ ｕ
光纤光栅传感器温度和应变交叉敏感问题解决方案
光纤光栅传感器温度和应变交叉敏感问题解决方案光纤光栅传感器是一种基于光纤光栅原理的传感器，可用于测量温度和应变。
然而，光纤光栅传感器的温度和应变测量存在交叉敏感问题，即测量温度时会受到应变的影响，测量应变时会受到温度的影响。
为了解决该问题，可以采取以下方案。
1.使用多个光纤光栅传感器：首先，在测量温度和应变时使用独立的光纤光栅传感器。
这样可以避免不同物理量之间的相互干扰。
温度和应变分别使用不同的光纤光栅传感器进行测量，通过合理的连接和布置，可以实现分离的测量。
2.信号处理和补偿算法：其次，在测量结果的处理方面，可以采用信号处理和补偿算法来消除温度和应变交叉敏感引起的误差。
通过记录并分析光纤光栅传感器的输出信号，可以建立温度和应变之间的关系模型，并通过补偿算法来减少误差。
这样可以在一定程度上提高测量的准确性。
3.光纤光栅材料和结构设计：此外，还可以通过优化光纤光栅的材料和结构设计来减小温度和应变交叉敏感的影响。
选择合适的光纤材料，具有低热膨胀系数和低线性应变敏感性，可以减少温度和应变对光纤的影响。
同时，合理设计光纤光栅的结构，如改变光纤直径、长度、光栅周期等参数，可以提高传感器的灵敏度和稳定性。
4.传感器的预热和稳定时间：在实际使用中，还应给传感器留出足够的预热和稳定时间。
由于温度和应变的变化通常不是瞬时的，给传感器足够的时间响应和稳定可以减小交叉敏感的影响。
通过控制预热和稳定时间，可以提高传感器的准确性和可靠性。
综上所述，光纤光栅传感器温度和应变交叉敏感问题的解决方案包括使用多个光纤光栅传感器、信号处理和补偿算法、优化材料和结构设计以及控制预热和稳定时间。
通过采用这些方案，可以提高测量的准确性和可靠性，从而满足实际应用需求。
缆索内置光纤光栅应变传感器研究
中图 分 类 号 ：Ｔ ５ ；Ｕ ４ ． Ｎ２ ３ ４ ８２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１ ０ －７ ７ ２ １ ） １０ ５ －３ ０ ０９ ８ （ ００ １ －０ １０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｐｔｃ ｌｆｂ ｒ ｇ ａ ｉ ｔ ａ ｎ ｓ ｎ ｏ ｍ ｐ ａ ｔ ｄ ｓ ａ ｃ ｎ ｏ ｉ ａ ｅ ｒ ｔｎｇ ｓ ｒ ｉ ｅ ｓ ｒ ｉ ｌ ｎ ｅ ｉ
（ ． 尔胜 集 团 有 限 公 司 ， 苏 江 阴 ２ ４ ３ ； １法 江 １４ ３
２武汉理工大学 ， 北 武汉 ４０７ ） ． 湖 ３０ ０
摘
要 ：针对缆索局部埋植传感器测试 索力的特殊要 求 ， 特制光纤光栅应变传感器 ， 传感构设计保证缆索索力 测试的大应 力监测要求 。针对应变传感 器 与钢丝 的 ２种连接 方式 ， 即传统的结构胶 连接和特制的抱箍 机械连 接方式进 行 了张拉性 能测试 。由标 定 的传 感器 力敏系数可知 ， 在钢丝产生 ５ ０ １ 的应变变化下 ， ００× ０ 光纤 光栅实 际中心波长变 化不超 过 ２９ ０ ｍ， ０ 达到 ｐ 了减敏效果 ， 传感器 可以满足大索力长期测试要求 。 关键词 ：智能缆索 ； 光纤光栅 ； 应变传感器 ；索力测试
２１ ０ ０年 第 ２ ９卷 第 ｌ 期 ｌ
传感器与微系统 （ ｒｎｄｃｒ ｎ ｃｏｙｔ ｅｈ ｏ ｇ ｓ Ｔａｓｕｅ ｄＭｉ ｓｓ ｍ Ｔ ｃ ｎｌ ｉ ） ａ ｒ ｅ ｏｅ
光纤光栅应变传感器的应力疲劳与衰变特性总结
η k 1
t0
k2
ηt
5
应变
3 × 10 −6
6
5
应变
3 × 10 −6
6
∆λ = α ε ⋅ ε
= k α ε ⋅η t
∆λ = k ⋅ ε S
∆λ = α ε （ ⋅ η ⋅ ε S）
3．光纤光栅器件的应力疲劳1
光纤光栅的应力疲劳
反射光谱蜕变
• 典型的基本表现形式
峰值降低
7. 光纤光栅应变传感器
系统获取应变信息的源头 系统中唯一不可更换元件 可靠性的关键
一．问题的提出 二．评价方法与指标 三．疲劳实验研究 四．结论
12
1．光纤光栅传感器 应力疲劳的特点分析
可靠性的研究方法——疲劳试验； 应力疲劳的表征
1557 1556
αη1
t0
∆λ = αε ⋅ ε + αT ⋅ ∆T
2．光纤光栅应变传感系统的应用 ——结构健康监测
基础设施
4
工业生产设备
5
航空航天、航海等特种装备
6
3．应变传感器系统的寿命与可靠性问题
结构健康监测系统服务对象的使用寿命
• 基础设施：30~100年 • 工业设备：~10年 • 特种装备：~10年
常规应变传感器系统的使用寿命
• 长期承受大应力 • 有效寿命 1 ~ 3
4．光纤光栅应变传感器系统 的使用寿命与可靠性问题
光纤光栅传感器的寿命？ 原因复杂、研究薄弱； 用户与企业最为关心的主要性能指标； 应用推广中必须解决的重要技术难题；
5．寿命与可靠性关系
寿命与可靠性关系
基于光纤光栅传感器的应变测量原理及应用
基于光纤光栅传感器的应变测量原理及应用光纤光栅传感器是一种基于光纤的传感器，可以用于测量应变、温度、压力等物理量，广泛应用于工业、民用和科学研究领域。
其中，应变测量是光纤光栅传感器的一个重要应用，下面我们将深入探讨基于光纤光栅传感器的应变测量原理及应用。
一、应变测量原理应变是表征物体形变程度的物理量。
在物体受到外力作用时，其原有的结构形态发生变化，长度或形状发生变化，这种变化称为应变。
光纤光栅传感器的测量原理是利用光纤中的光栅作为敏感元件，通过测量光纤中的光信号的变化来测量物理量。
在应变测量中，光纤光栅传感器的敏感元件是一段光纤，当光纤受到应变作用时，其长度或形状发生变化，导致光栅尺寸发生变化，从而改变了光的传播路径和波长。
通过测量光纤传输的光信号的传播路径和波长变化，可以计算出应变的大小。
二、应变测量应用基于光纤光栅传感器的应变测量可以应用于多种场合，例如力学实验、结构监测、土木工程等。
下面将重点介绍在土木工程中的应用。
1.桥梁监测桥梁是交通运输的重要组成部分，承担着极其重要的作用。
然而，由于气候、车辆荷载、地震等因素的影响，桥梁可能会出现应变和形变。
因此，桥梁的安全性和运行状态的监测是必不可少的。
光纤光栅传感器可以用于桥梁监测，通过测量桥梁的应变来判断桥梁的安全状态。
2.隧道监测隧道是重要的公共基础设施，其长期使用会产生形变，引起隧道结构的损坏和病害。
因此，隧道的监测也是必不可少的。
光纤光栅传感器可以应用于隧道监测，通过测量隧道的应变来判断隧道结构的变形情况。
3.地质灾害监测地质灾害是城市建设和农业生产过程中的重要问题。
地质灾害可能对人民生命财产造成严重的损失。
因此，地质灾害的监测也是必不可少的。
光纤光栅传感器可以应用于地质灾害监测，通过测量地质灾害发生区域的应变来判断灾害的发生情况和规模。
4.混凝土构件监测混凝土是建筑构件的常用材料。
然而，混凝土在使用过程中会受到外界环境的影响，出现应变和形变。
具有温度自补偿功能的新型光纤光栅应变传感器的研究
２ Ｓｒｃｕａ ａｈＭｏ ｉ ｒ ｇａ ｄＣ ｎｒｌｎｔ ｕｅ ｈ ｉ ｈ ａｇＲ ｉ ｙＩ ｔｕｅ Ｓ ｉａｈ ａ ｇ０ ０ ４ ，Ｃ ｉ ） ． ｔ ｔｒｌ ｔ ｎｔ ｉ ｏ ｔ ｓｉ ｔ，Ｓ ｉａ ｕｎ ａｗａ ｎ ｉ ｔ， ｈｊｚ ｕｎ ５ ０ ３ ｈｎ ｕ Ｈｅ ｏｎ ｎ ｏＩ ｔ ｊｚ ｌ ｓ ｔ ｉ ａ
摘要： 分析 了光纤光 栅的温度应变 交叉 敏感 的机理 ， 计并制作 了一种新 型的具有温 度补偿和应 变增敏 效果 的 设 光纤 布拉格 光栅应变 传感 器 ． 实验结 果表 明， 一１ ～５ 在 ０ ０℃ 的温度变 化范 围 内， 传感 器实现 了 良好 的温 度补偿 和应变增敏效果 ， 温度敏感性 降低至封装前 的 １ １ ， ／ ０ 应变敏感性增 至原来 的 １ １ ． ．７倍 关键词 ： 光纤光栅 ； 变传感器 ；温度补偿 ；应变增敏 应
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第 ６卷第 １ 期 ２０ ０ ８年 ３月
中
国
工
程
机
械
学
报
Ｖ０ １６ Ｎｏ． １ ห้องสมุดไป่ตู้ ａ ．２ ０８ ｒ ０
Ｃ Ｉ Ｅ Ｅ Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｘ Ｎ Ｔ ＵＣ Ｉ ＮＭＡＣ Ｉ Ｅ Ｙ Ｈ Ｎ Ｓ Ｒ Ａ Ｆ（） Ｓ Ｒ Ｔ Ｏ Ｏ ＨＮ Ｒ
具 有 温 度 自补 偿 功 能 的新 型 光 纤 光栅 应 变 传 感器 的研 究
杜彦 良 ， 一 刘晨 曦 ， ， 李剑 芝 一 ， ２
（． １河北省大型结构健康 诊断与控制重点实验室 ， 河北 石家庄 ００４ ； ５ ０ ３ ２ 河北省石家庄铁道学 院 大型结构健康诊断与控制研究所 ， ． 河北 石家庄 ０ ０４ ） ５ ０ ３
光纤光栅应变传感器实验讲义
实验 光纤布拉格光栅（FBG ）应变实验研究【实验目的】1) 了解光纤光栅传感器基本原理及FBG 应变测量的基本公式。
2) 了解飞机驾驶杆弹性元件的力学特性。
3) 学习光纤光栅应变测量的基本步骤和方法。
【实验原理】1.光纤光栅传感器的基本原理及FBG 应变测量的基本公式光纤布喇格光栅（Fiber Bragg grating, FBG ）用于传感测量技术，主要是通过外界物理量的变化对光纤光栅中心波长的调制来获取传感信息，因此它是一种波长调制型的光纤传感器。
FBG 传感原理如图1所示。
图1中，当一束入射光波进入FBG 时，根据光纤光栅模式耦合理论，当满足满足相位匹配条件时，反射光波即为FBG 的布喇格波长λB ，λB 与有效折射率n eff 和光栅周期Λ的关系为Λ2eff B n =λ （1)由式(1)可以知：n eff 与Λ的改变均会引起光纤光栅波长的改变，而且n eff 与Λ的改变与应变和温度有关。
应变和温度分别通过弹光效应与热光效应影响n eff ，通过长度改变和热膨胀效应影响周期Λ，进而使λB 发生移动。
将耦合波长λB 视为温度T 和应变ε的函数，略去高次项，则由应变和温度波动引起的光纤光栅波长的漂移可表示为Λ∆+∆Λ=∆eff eff B 22n n λ (2)IλλI输入光波反射光波透射光波图1 FBG 传感原理示意图由式(2)可知光纤光栅中心波长漂移量∆λ对轴向应变∆ε和环境温度变化∆T 比较敏感。
通过测量FBG 中心波长的变化，就可测量外界物理量的变化值（如应变、温度等）。
光纤光栅轴向应变测量的一般公式为()ελλe BBz1p -=∆，也是裸光纤光栅轴向应变测量的计算公式。
由上式可知，∆λBz 和ε存在线性关系，因此通过解调装置检测出布拉格波长的偏移量∆λ，就可以确定被测量ε的变化。
2. 飞机驾驶杆弹性元件的力学特性杆力传感器弹性元件采用平行梁形式，其结构如图2所示。
弹性元件由互相交叉90°的两对关联平行梁组成一个测力悬杆，其中一组感受纵向作用力，另一组感受横向作用力，上下部分连为一体，增加了梁的刚度，提高了梁的固有频率并具有良好的散热条件。
光纤光栅应变片
光纤部分是一根细长的光纤，可以传输光信号。光栅部分是在光纤中的一段特殊结构，它 由一系列微小的折射率周期性变化的区域组成。当光信号通过光栅部分时，会发生反射和干 涉现象，从而产生特定的光谱。
当光纤光栅应变片受到应变时，光纤和光栅的结构会发生微小的变化，导致光栅的折射率 发生变化，进而改变光谱特性。通过分析光谱的变化，可以计算出光纤光栅应变片所受到的 应变量。
光纤光栅应变片
光纤光栅应变片具有以下优点：
1. 高精度：光纤光栅应变片具有高度灵敏的光谱特性，可以实现高精度的应变测量。
2. 长距离测量：光纤光栅技术可以实现长距离的传感，适用于需要在远距离测量应变的场景。
3. 抗干扰性强：光纤光栅应变片采用光学传输信号，具有较强的抗电磁干扰和耐高温性能。
4. 分布式测量：光纤光栅应变片可以实现分布式的应变测量，即在光纤上的多个位置同时进行应 变测量。
光纤光栅应变片
光纤光栅应变片在工程领域广泛应用于结构健康监测、土木工程、航空航天、能源等领域 ，用于对结构物的应变进行实时监测和分析。
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使光纤内部产生纵向永久性周 具有全光纤化 插
期性折射率变化而制成的 入损耗低 种光谱特性 景 成本低的优点
由于光纤光栅是在光纤内部形成的
并且通过对光栅结构的设计可以得到满足特定需要的各 光纤传感 光信息处理等领域展现出广阔的应用前 被认为是继掺铒
因而在光纤通信
光纤光栅的出现导致了光纤技术及其相关领域的一系列革命
光纤光栅可以用作测量诸如温度
应变
振动
压力
声场
电磁场等物理量和某些化学量的传感元件 全光纤化 青睐 微型化
光纤光栅的应用促成了光纤传感系统的 便很快受到
集成化以及网络化 因此光栅传感技术一经提出
并作为一门新兴的技术迅速崛起 OFS
成为目前光纤传感中增长最快的领域之一 中 涉及光纤光栅传感器的论文呈逐年上
上海交通大学 硕士学位论文 光纤光栅应变传感器研究 姓名：周少玲 申请学位级别：硕士 专业：电磁场与微波技术 指导教师：陈小宝;陈建平 2003.1.1
上海交通大学硕士学位论文
光纤光栅应变传感器研究
摘 要
本文主要研究光纤光栅的动态应变传感特性
旨在通过对动态应变
的测量实现水下声压信号的探测 光纤光栅水下声压传感器可用来收集 舰艇 潜艇和水下导弹发射产生的声信号 噪潜艇的反潜战能力 要达到探测水下声压信号的目的 一般要求光纤传感器能检测到 104
光纤光栅可以用作测量诸如温度
应变
振动
压力
声场
电磁场等物理量和某些化学量的传感元件 全光纤化 青睐 微型化
光纤光栅的应用促成了光纤传感系统的 便很快受到
集成化以及网络化 因此光栅传感技术一经提出
并作为一门新兴的技术迅速崛起 OFS
成为目前光纤传感中增长最快的领域之一 中 涉及光纤光栅传感器的论文呈逐年上
在近几年的国际光纤传感器会议 升之势
由于光纤光栅所占有的重要地位 人员对光纤光栅的机理 究 研究表明 特性
使光纤内部产生纵向永久性周 具有全光纤化 插
期性折射率变化而制成的 入损耗低 种光谱特性 景 成本低的优点
由于光纤光栅是在光纤内部形成的
并且通过对光栅结构的设计可以得到满足特定需要的各 光纤传感 光信息处理等领域展现出广阔的应用前 被认为是继掺铒
因而在光纤通信
光纤光栅的出现导致了光纤技术及其相关领域的一系列革命
用带宽更窄的光栅或用光栅构成谐振腔的激光器作传感元件是提高光纤 光栅传感器应变分辨率的一种有效途径 在被覆方面 采用了两种不同特性的聚氨酯材料双层被覆光栅 将
被覆后的光栅用于声压信号的检测 高了 35dB
得到的检测灵敏度与裸光栅相比提 灵敏度可提高 25dB 我
国外目前的研究是采用单层被覆
们的双层被覆比单层被覆提高了 10dB 我们研究的结果表明 激光器作传感元件 于水下声信号探测 帮助 采用带宽更窄的光栅或用光栅构成谐振腔的 光纤光栅传感器完全可以用
一是采用相移光栅作传感元件并配以高分辨率的非平衡干涉型 二是用聚氨酯材料双层被覆光纤光栅以提高光纤光栅感受外
界压力变化的能力 在检测技术方面 成正比 为此 由于非平衡干涉仪对小信号的移光栅作传感元件 用带宽为
并对比研究了光纤 Bragg 光栅和相移光栅的应变传感特性
I
上海交通大学硕士学位论文
0.155nm 的 Bragg 光栅作传感元件时可检测到的最小应变为 6.65×1010
/ Hz
而用透射峰带宽为 0.083nm 的相移光栅作传感元件时可检测到 这一结果表明用带宽窄的光栅作传感元件 也即窄带宽光栅的应变分辨率更高 所以
的最小应变为 4.43×10-10/ Hz 可以检测到更小的应变变化
KEY WORDS: optical fiber grating, strain, resolution, unbalanced interferometer, coating
IV
上海交通大学硕士学位论文
第一章
绪 论
１ 概 述
光纤光栅是近年来发展极为迅速的一种新型光纤无源器件 敏性 用紫外波段的激光或激光干涉条纹辐照光纤 它是利用光纤的光
用于警报和定位
提高反静
Pa 的微小压力
用 dB 数表示为 -80 dB re Pa
该值对应光纤中约
0.75×10-15/ Hz 的轴向应变
要探测光纤中如此微小的应变是相当困难
的 因为目前报道的光纤光栅可以检测到的最小应变约为 4×10-11/ Hz 为了提高光纤光栅传感器的最小可检测应变 种方法 检测方法 在本研究中我们采用了两
光纤放大器之后出现的又一关键器件 光纤光栅在光纤通信领域的应用包括光纤激光器中的窄带反射器 中的增益平坦滤波器 色散补偿器 波分复用 /解复用器 光纤放大器 光纤 简单
超窄脉冲发生器等
光栅的应用不仅进一步改善了这些器件的性能 化 从而使光纤通信系统的整体性能得到了提高 在光纤传感领域
而且使这些器件更加小型化
在近几年的国际光纤传感器会议 升之势
由于光纤光栅所占有的重要地位 人员对光纤光栅的机理 究 研究表明 特性
近年来光栅技术的发展极为迅速
各国科研
材料 制作工艺
封装技术和各类应用作了大量研
在几乎所有种类的光纤中都可以写入光纤光栅 光栅的光谱特性也
1
上海交通大学硕士学位论文
第一章
绪 论
１ 概 述
光纤光栅是近年来发展极为迅速的一种新型光纤无源器件 敏性 用紫外波段的激光或激光干涉条纹辐照光纤 它是利用光纤的光
光纤放大器之后出现的又一关键器件 光纤光栅在光纤通信领域的应用包括光纤激光器中的窄带反射器 中的增益平坦滤波器 色散补偿器 波分复用 /解复用器 光纤放大器 光纤 简单
超窄脉冲发生器等
光栅的应用不仅进一步改善了这些器件的性能 化 从而使光纤通信系统的整体性能得到了提高 在光纤传感领域
而且使这些器件更加小型化
III
上海交通大学硕士学位论文
unbalanced-interferometer, we choose a phase-shifted grating as sensing element to produce a narrow peak in the stop-band of transmission spectrum. In order to compare the strain sensing characteristics, experimental studies are carried out on both optical fiber gratings and phase-shifted gratings. The stain resolution of 6.65×10-10/ Hz is achieved by Bragg grating with bandwidth of 0.155nm and 4.43×10-10/ Hz by phase-shifted grating with bandwidth of 0.083nm. Therefore the phase-shifted grating has a lower minimum detectable strain. The experiment result shows that it is an effective way of improving strain sensitivity to use a grating with narrow bandwidth or an in-line cavity composing of two gratings of matched Bragg wavelength as sensing elements. We study the acoustic pressure sensitivity improvement by use of double coating with different polyurethane. The acoustic pressure sensitivity of the double coating grating is 35dB higher than that of bare gratings. According to the recent report that improvement with single-layer coating is only 25dB, we have got 10dB extra improvement. The above results show that the sensitivity of fiber grating can be improved detect underwater acoustic pressure-induced strain. to
It is achieved by employing narrow
bandwidth fiber grating or fiber grating laser, and by applying double coating. This study will be useful to the further development of optical fiber grating acoustic pressure sensors.
再加上被覆增敏技术
本研究对以后光纤光栅水听器技术的研究开发很有
关键词
光纤光栅 应变 分辨率
非平衡干涉仪
被覆
II
上海交通大学硕士学位论文
STUDY ON OPTICAL FIBER GRATING STRAIN SENSORS
ABSTRACT
This dissertation studies the dynamic sensing characteristics of optical fiber gratings with focus on application of underwater acoustic pressure signal detection. Optical fiber grating sensors are useful to collect underwater acoustic pressure signals produced by naval vessels, submarines, underwater missiles for alarm, allocation and improvement of the battling capability. In order to sense underwater acoustic pressure signal, an optical fiber sensor is suppose to have a minimum pressure sensitivity of 10-4Pa (-80 dB re Pa), which corresponds to a axial strain resolution in bare fiber as small as 0.75×10-15/ Hz . It is difficult to realize because, up to date, the best reported strain resolution of a fiber Bragg grating is around 4×10-11/ Hz . In this paper, we study two methods to improve the strain resolution. One is to use a high-resolution detection scheme with an unbalancedinterferometer to detect grating wavelength shift induced by strain. The other is to coat fiber gratings with polyurethane to improve the sensitivity to ambient pressure change. Because the detection capability is determinated by optical path difference in an