具有温度自补偿功能的光纤光栅传感器结构研制.pdf

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1、具有温度自补偿功能的光纤光栅传感器结构研制12222侯兴勃，李涛，齐红丽，江舒，戚培芸（1.92493部队，辽宁葫芦岛125000；2.中船重工第七〇四研究所，上海200031）摘要：长周期光纤光栅在拉紧的状态下粘贴在材料为铜和树脂玻璃的衬底材料上，利用材料受热膨胀引起的应变变化原理补偿温度漂移，设计了一种无源温度补偿技术。结果表明，未补偿的光纤光栅的温度灵敏度为118pm/℃左右，安装在铜制衬底上时为78pm/℃左右，而安装在树脂玻璃衬底时光纤光栅透射光谱的波形将发生改变。试验证明选择合适衬底材料可改善长周期光纤光栅波长的温度稳定性，该技

2、术可运用于船舶进行关键参数的工程测量。关键词：温度补偿；长周期光纤光栅；负应变系数中图分类号：TP212.14文献标志码：ADOI：10.16443/j.cnki.31-1420.2015.01.004ResearchonStructureDesignofFiberGratingSensorwithSelf-TemperatureCompensation12222HOUXing-bo,LITao,QIHong-li,JIANGShu,QIPei-yun(1.Unit92493,Huludao125000,China;2.No.704Rese

3、archInstitute,CSIC,Shanghai200031,China)Abstract:Apassivetemperature-compensatingpackageoflongperiodfibergrating(LPFG)isdesignedbasedonitsnegativestraincoefficient.LPFGispastedonthesubstratematerial,suchascopperandplexiglasundertension.Thestraininducedbythethermalexpansion

4、ofsubstratematerialisusedfortemperaturecompensating.Theresultsshowthatthemountedgratingoncopperexhibitlowertemperaturesensitivity(about78pm/℃),comparedwithuncompensatedgrating(about118pm/℃).Ontheotherhand,thetransmissionspectrumwaveformofthemountedgratingonPlexiglaschanges

5、.ItisdemonstratedthatthepackagecouldimprovethewavelengthstabilityofLPFGwhenappropriatesubstratematerialischosen.Thetechnicalcanbeusedinmeasuringkeyparametersinengineering.Keywords:temperaturecompensation;longperiodfibergrating;negativestraincoefficient[1][2]0引言等。长周期光纤光栅可用作

6、波分复用隔离滤波器，长周期光纤光栅近些年来发展迅速，其作为一种色散补偿器，增益平坦滤波器和带阻滤波器。不仅在[3]光纤无源器件具有很多优点，例如制作工艺简单、插入光通讯领域上，用于增益均衡器、带通滤波器、偏振[4]损耗小、本底辐射低、尺寸小以及易与智能材料相结合镜等，同时也可广泛应用于传感单元与解调上，如用作者简介：侯兴勃（1967-），男，高级工程师，硕士研究生。研究方向：力学计量。2015/1机电设备14AcademicResearch技术交流于基于边缘滤波技术的光纤光栅波长解调技术。该技谐振波长漂移为：术也可运用于船舶关键参数的工程测

7、量。Δλmc=−+−[(nnpocl)(clclnpncoco)]Λε(3)由于光纤固有的热光和热膨胀特性，写入标准光式中，pcl、pco分别表示包层和纤芯的有效弹光系数。纤的光栅耦合波长将会随着温度的改变而发生漂移，由温度T与应变ε的扰动均能引起的谐振波长的并导致其波长的不稳定。为了解决这个问题，研究人漂移，根据式(2)、(3)，进一步可以将波长漂移量Δλm[5][1]员提出了一些方法，如黄平等人在长周期光栅表面涂表示为：覆随温度升高而折射率变大的薄膜层，实现了在Δλm=+Δ++Δ[][αξTp1]ε(4)25℃～75℃内，波长峰值最大变

8、化小于0.6nm。文献[6-7]式中，α由热膨胀系数决定，通常为5×10-7/℃；分别通过金属套管和有机玻璃对长周期光纤光栅进行ξ由热光系数决定，不是一个常量，与光栅周期和耦了封