基于錐形FBG的溫度不敏感的壓力傳感器研究.pdf

1、光纖Bragg光柵(FBG)是一種將周期性微擾作用于光纖纖芯使其折射率發(fā)生周期性調(diào)制而形成的光纖無源器件。由于它具有靈敏度高、可靠性高、動(dòng)態(tài)范圍寬，抗電磁干擾、耐腐蝕、電絕緣、插入損耗低、體積小、可埋入智能結(jié)構(gòu)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在傳感領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，F(xiàn)BG傳感器在實(shí)際應(yīng)用中存在著溫度-應(yīng)力的交叉敏感問題，即溫度和應(yīng)力的變化都會(huì)引起FBG中心反射波長的變化，通過檢測單個(gè)FBG無法對(duì)溫度和應(yīng)力引起的中心波長漂移加以區(qū)分，這就極大地

2、限制了它的應(yīng)用。 本文提出了一種基于錐形光纖Bragg光柵(錐形FBG)的溫度不敏感的壓力傳感器。錐形FBG的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其光柵段的包層為錐形，當(dāng)光柵兩端受到拉力時(shí)，會(huì)因光纖橫截面積的線性變化而產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力梯度，使得光柵的周期產(chǎn)生線性啁啾，從而令它的反射帶寬展寬，而展寬的大小只與受力有關(guān)，與溫度本質(zhì)無關(guān)。因此，通過檢測帶寬來監(jiān)測應(yīng)力變化就可以很好的解決溫度-應(yīng)力的交叉敏感問題。 實(shí)驗(yàn)中，用不同功率的激光器制備了不同反射率和

3、光柵長度的FBG，然后采用氫氟酸溶液腐蝕的方法將它們制成錐形FBG。研究了不同濃度的氫氟酸溶液對(duì)光纖的腐蝕速率，并用濃度為40％的氫氟酸溶液制備了不同錐度的錐形FBG。研究了錐度對(duì)錐形FBG反射帶寬展寬的影響，并得出了理想的錐形FBG錐度值。 對(duì)用高反射率和低反射率光柵制成的錐形FBG在受力和變溫時(shí)的帶寬展寬和反射功率特性進(jìn)行了理論和實(shí)踐性的探討，證明用反射率>99％的強(qiáng)光柵制作的錐形FBG其反射功率隨應(yīng)力增加而線性增加且與溫度