第29卷第9期　　　　　　　　　　　　　　　　光子学报　　　　　　　　　　　　　　　　　Vol129No19

2000年9月　　　　　　　　　　ACTA

PHOTONICASINICA　　　　　　　　　September

2000　

光纤光栅曲率传感的实验研究3

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　(,摘　要　,理论上分析了这种曲率传感的原理,实

1传感系统具有很高的线性响应度,并通过改进,消除了环境温度的交叉敏感对曲率传感的干扰,保证了传感的准确性1关键词　光纤光栅;曲率传感;交叉敏感

0　引言

　　近年来,光纤光栅这一新型的光子器件在光通信和传感领域受到广泛的重视1～41光纤光栅作为传感元件,具有其它传感元件所无法比拟的传感信息波长编码和易于实现分布式传感的特点,因此光纤光栅在传感领域具有光明的应用前景1本文将光纤光栅应用于对曲率的传感,理论上分析了传感的原理,实验上得到了线性度很高的响应,通过采用双光栅波长差传感的方法,解决了传感中温度与应力的交叉敏感问题,为该技术在实际中的应用扫除了一大障碍1而且,该方法对其它类似的光纤光栅传感中消除温度敏感有借鉴作用1这种曲率传感技术在各种平面度检测、智能结构、皮蒙技术和建材测量标定上均有重要的应用前景,可望在桥梁、路轨及工程中的各种承重梁的曲率传感及飞机、轮船、油罐等的表面曲率检测等方面得到实际应用1

式中+为光栅周期,neff为光栅区的有效折射率1当被传感的物理量的变化引起+和neff中的至少一个量的变化时,光纤光栅的反射波长发生移动,通过分析波长移动的大小,可对被监测的物理量进行传感1图1为曲率传感的原理示意图,宽带

图1　光纤光栅曲率传感原理示意图

Fig.1　

TheschematicdiagramoftheFBG2based

circumflexionsensingsystem

光源(BBS)发出的宽带光经3dB耦合器传输到传感头中的光纤光栅,FBG产生的反射光再通过3dB耦合器,最后由光谱分析仪进行测试1传感头由FBG和一个杨氏模量较小的弹性矩形梁构成,FBG沿梁长方向粘贴在梁的中点处1测量曲率时与待测的曲面二维固定,只在梁长的方向上可在一定范围内自由移动,在其它两个方向上完全固定1这样可保证曲面弯曲时,传感梁只有弯曲形变,而不会被拉伸或压缩1待测曲面的曲率

1　原理

光纤Bragg光栅(FBG)的中心反射波长ΚB

可表示为

(1)　　Κ

B=2neff+

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国家863计划资助项目(编号863230721525(11))天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室资助项目收稿日期:2000—01—24

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