锥形光纤光栅传感器交叉敏感问题的仿真研究.pdf

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1、2014年第4期光通信研究2014．O8总第184期STUDY0NOPTICALC0MMUNICAT10NS(Sum．No．184)doi：10．13756／j．gtxyj．2014．04．020光电器件研究与应用锥形光纤光栅传感器交叉敏感问题的仿真研究邸剑。陈天英(华北电力大学计算机系，河北保定O71000)摘要：利用单个光纤光栅传感器的锥形结构和必要的参数同时测量应力和温度。通过写入线性光纤并将其制成锥形结构，利用FBG(光纤布拉格光栅)的波长峰值和波形半峰值宽度来编码信息。FBG的半峰值宽度只依赖于应力，与温度的变化无关，利用这一特性，可以实现用单个光纤光栅解决应力

2、和温度的交叉敏感问题。Matlab软件仿真结果表明，应力和温度的误差分别界定为士15．26“￡和±1．92℃。关键词：光纤布拉格光栅；光纤传感器；温度应力交叉敏感；仿真中图分类号：TN253文献标志码：A文章编号：1005—8788(2014)04—0064—03Researchoncross‘sensitivityofconicalfibergratingsensorsDiJian．ChenTianying(DepartmentofComputerScience，NorthChinaElectricPowerUniversity，Baoding071000，China)

3、Abstract：StrainandtemperaturearesimultaneouslymeasuredbyusingtheconicalstructureofasingleFiberBraggGrating(FBG)sensorandthenecessaryparameters．Informationisencodedbywritingitinalinearlyetchedfiberandmakingitintoaconica1structureandusingthepeakwavelengthandthewaveformhalfpeakwidthofthesens

4、or．Strain—temperaturecross—sen—sitivityofasingleFGBcanberesolvedbyutilizingthefeaturethatitshalfpeakwidthisonlydependentontheappliedstrain，butnotontemperaturevariations．Matlabsimulationresultsindicatethattheerrorsofthestrainandtemperaturearedefinedas±15．26“￡and±1．92℃respectively．Keywords：

5、FBG；fiber—opticsensor；temperature—straincrosssensitivity；simulation0引言问题。该方法简化了系统结构，使操作更加方便。1基本原理传感技术作为现代信息技术的三大支柱之一，在各个领域中发挥着巨大作用。相比于传统传感当光射入FBG时，特定波长的光沿轴向反射回器，FBG(光纤布拉格光栅)传感器具有抗电磁干扰、来，称该波长为FBG的中心反射波长，其余波长抗腐蚀、电绝缘、灵敏度高、成本低和波长可直接编的光仍按原路传播。根据耦合模理论_4]可知，e一码等优点，因而成为世界各国研究的热点『1]。然而2以，式中，为有效折射率

6、，以为光栅周期。FBG存在应力和温度的交叉敏感问题。由于FBG当线性蚀刻FBG受到的应力发生改变时，光栅利用(中心反射波长)进行编码，而对应力和温间距也将随之变化，如图1所示。度都敏感，因此无法将这两个参量区分开来。为解决这一问题，国内外有学者提出采用参考光栅法或双光栅法[2]。然而，这些方法均需使用两个FBG，这将会大大增加调制解调系统的复杂性，降低系统的灵活性。MadhanTChalapathi_3等人提出利用反射光能量随应力变化、不随温度变化这一特性来获得应力变化量，从而解决交叉敏感问题。但峰值能量依赖于输入能量，会受到不可控的电能波动的影响。图1施加应力前后的锥形

7、FBG蚀刻光纤本文提出的线性蚀刻锥形光纤，利用FBG传感光纤半径可以表示为器的光谱半峰值宽度进行编码，其值只随应力变化R(z)一Ro*(1一／zo)，(1)而与温度无关。实验结果由Matlab软件仿真得出，式中，R。为最初的光纤半径；z。是z轴上的一个点，实现了用单个FBG解决应力和温度的交叉敏感沿着这一点光纤直径趋于0。收稿日期：2014—0l-16作者简介：邸剑(1968一)，男，河北保定人。高级工程师，博士研究生，研究方向为计算机网络和通信技术。64邸剑等：锥形光纤光栅传感器交叉敏感问题的仿真研究光纤的横截面积可表示为『