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光纖光柵傳感器的簡要概述

光纖光柵傳感器可以直接測量溫度,應變和其他物理量。由于光纖布拉格光柵的波長對溫度和應變均敏感,即溫度和應變會同時引起光纖布拉格光柵耦合的波長偏移,因此無法通過測量光纖布拉格光柵的波長偏移來區分溫度和應變耦合。因此,解決交叉靈敏度問題并實現溫度和應力的差分測量是實用傳感器的前提。通過某種技術來測量應力和溫度變化,以實現溫度和應力測量之間的區別。這些技術的基本原理是使用兩段或兩段具有不同溫度和應變響應靈敏度的光纖布拉格光柵來形成雙光柵溫度和應變傳感器。通過確定兩個光纖光柵的溫度和應變響應靈敏度系數,使用兩個二元線性方程式求解溫度和應變。區分測量技術可以分為兩類,即多光纖光柵傳感器測量和單光纖光柵傳感器測量。

多光纖光柵傳感器的測量主要包括混合FBG /長周期光柵方法,雙周期光纖光柵方法,光纖光柵/ F-P腔集成多路復用方法,雙FBG重疊寫入方法。每種方法都有其自身的優點和缺點。 FBG / LPG的解調方法簡單,但難以確保測量點相同,精度為9×10-6、1.5℃。雙周期光纖光柵法可以保證測量位置,提高測量精度,但光柵強度低,信號解調困難。光纖布拉格光柵/ F-P腔集成復合傳感器具有良好的溫度穩定性,小體積和高測量精度,可達到20×10-6、1℃。但是,很難調節F-P的腔長,并且信號解調很復雜。雙FBG重疊寫入方法精度高,但光柵寫入困難,信號解調復雜。

單光纖光柵傳感器的測量主要包括使用不同的聚合物材料,使用不同的FBG組合和預制應變方法來包裝單光纖布拉格光柵。用聚合物材料包裹單光纖布拉格光柵的方法是通過利用一些有機化合物對溫度和應力的不同響應來提高光纖布拉格光柵對溫度或應力的敏感性,從而克服交叉靈敏度效應。該方法制造簡單,但是難以選擇聚合物材料。通過使用不同的FBG組合方法,將光柵寫在折射率和溫度靈敏度不同或溫度響應靈敏度和摻雜材料濃度不同的兩種光纖的交界處,并利用折射率和溫度靈敏度不同來實現微分。測量。該方法解調簡單,解調采用波長編碼,避免了應力集中。但是,它存在損耗大,熔接點容易斷裂,測量范圍小等問題。在預應變方法中,將一定的預應變施加到光纖布拉格光柵,并且在預應變條件下將光纖布拉格光柵的一部分牢固地粘貼在懸臂梁上。應力釋放后,FBG未結合部分的變形得以恢復,其中心反射波長保持不變。而粘貼在懸臂梁上的部分的變形無法恢復,這導致FBG的該部分的中心反射波長發生變化。因此,FBG有兩個反射峰,其中一個(粘貼在懸臂梁上的部分)對應變和溫度均敏感,另一個對溫度敏感。反射峰(未粘貼的部分)僅對溫度敏感。通過測量兩個反射峰的波長偏移,可以同時測量溫度和應變。


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