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1、光纖光柵應變傳感測量中的溫度補償問題第42卷,第4期2005年4月激光與光電子學進展Vd.42.N0.4Apt.2005光纖光柵應變傳感測量中的溫度補償問題李國利-李志全.青島濱海學院機電T程系,青島266555;\.燕山大學儀器科學與程系,秦皇島066004/要從光纖Bragg光柵應變,溫度交叉敏感的物理機制}十1發(fā),在溫度過程補償和結果補償?shù)母拍钔艿A上分類綜述了國內外關于交叉敏感問題的解決方案,介紹了各類方案的T作原理,同時提}十5了一種雙金屬補償結構.關鍵詞光電子學光纖布拉格光柵應變測量交叉敏感溫度補償ResearchoftheTemperatureCompen
2、sationforStrainSensingMeasurementofFiberBraggGratingLIGuoliLIZhiquanf~Mechanical&ElectronicEngineeringDepartment,QingdaoBinhaiCollege,Qingdao266555\trumentScienceandEngineeringDepartment,YanshanUniversity,Qinhuangdao066004/AbstractThephysicalmechanicsofthecrosssensitivityisdescribed
3、int
4、Iispaper.andtheprocesscompensationoftemperatureandtheresultcompensationoftemperatureareproposed,twoclassesofsolutionathomeandabroadarepresented.Theoperatingprinciplesofeachclassofthesolutionsaredescribedbriefly,andaconfigurationoftemperaturecompensationbytwometalsisproposed.Keywordsf
5、iberBragggratingstrainmeasurementcrosssensitivitytemperaturecompensationl引言隨著FBG(fiberBragggrating)制作_T藝的日益成熟.FBG傳感檢測技術得到了迅速發(fā)展.在許多應用領域中,包括建筑物和復合材料_T作狀態(tài)的實時檢測,電纜和管道的遙感測試,電力系統(tǒng)中的電磁測量以及醫(yī)學檢測等方面.FBG傳感器都得到了廣泛的應用I日.這主要是因為它不僅具有光纖傳感器尺寸小,重量輕,不受電磁干擾等諸多優(yōu)點,而且,因其是對波長直接絕對編碼,不受光路中功率波動影響,測量精度高;另外,FBG與普通光纖具
6、有天然的兼容性,插人損耗低.使用壽命長,并且易于波分復用.組成分布式測量網(wǎng)絡.FBG傳感器能同時對溫度和應變敏感,這就給應變測量帶來了交叉敏感問題.當光纖光柵用于應變傳感測量時.很難分辨出應變和溫度所分別引起被測量的變化.因此在實際應用中必須采取措施進行補償或區(qū)分.近年來.人們已經(jīng)開始研究光纖光柵的交叉敏感問題并提出了一些解決方案IsI,例如,引人參考光柵實現(xiàn)溫度補償?shù)膽儨y量.施加與溫度作用相反的應變以補償溫度引起的波長變化,雙光柵矩陣法等.2基本原理由耦合模理論可知.FBG的Bragg波長為B=2n~A(1)式中neff為纖芯的有效折射率;A為柵格周期.由(1)式可
7、以看出,Bragg波長B隨neg和A的改變而改變.應變作用下的光彈效應導致折射率的變化,形變使光柵常數(shù)變化:溫度導致的光熱效應使有效折射率改變,而熱膨脹系數(shù)致使光柵常數(shù)改變.先忽略溫度和應變的交叉敏感,分別考察僅在單一的溫度或應變作用下的傳感特性.溫度引起光纖光柵Bragg波長的變化為收稿日期:2004—09—27;收到修改稿日期:2004—11-25作者簡介:李同$1J(1973～),男,漢族,¨J東濱州人,燕山大學儀器科學與T程系2001級碩士研究生,現(xiàn)為青島濱海學院機電丁程系講師,電子技術教研室主任,主要從事光纖傳感及光電檢測技術方面的研究.E—mail:ligu
8、oli@seis.ac.cn置第42卷.第4期2o05年4月△B/2B=+亭)△7△T(2)其中=1為光纖的熱膨脹系數(shù),亭=.等為光纖的熱光系數(shù),為光纖光柵相對波長溫度靈敏度系數(shù).由(2)式可知,與△存在著線性關系,通過檢測波長的移位,即可確定被測溫度變化量.光纖軸向應變￡引起的光纖光柵Bragg波長變化公式為△B/2B:(1一￡.:K￡.(3)式中,為有效彈光系數(shù),=IFl2一v(Ptt+Pl2)]/2,其中PP為彈光系數(shù),為光纖泊松比;為光纖光柵相對波長應變靈敏度系數(shù).與溫度類似,與￡也成線性關系,南.可方便地求出外界應變￡.南上可知
