光纤Bragg光栅应变传感中的温度补偿技术.pdfVIP

理论与实验 光纤!# 光栅应变传感中的温度补偿技术! $$ 张戌社 宁辰校 （河北科技大学机械电子工程学院，石家庄 ） #’##’$ 摘 要 本文对光纤光栅传感中的应变和温度交叉敏感问题进行了讨论，在此基础上提出了采用参考光栅实 现光纤光栅应变传感时的温度补偿的基本原理和方法，并通过实验进行了验证。理论和实验均证明，本文提出的 参考光栅温度补偿法原理简单，而且补偿效果好。 关键词 光纤()*光栅；温度和应变传感；交叉敏感 量的改变引起，更无法确定参量的改变量大小。这 # 引言 就是温度与应变的交叉敏感问题，它直接关系到测 光纤布拉格光栅 （ ）传 试结果的准确性。 ()* (+,-.)./ *./1+2 00 0 感器，比传统的通过光纤本身形变传感的光纤传感 受应用电阻应变片测量应变时设置补偿片的温 器的传感精度有了很大的提高，具有许多其它传感 度补偿方法的启发，本文也采用参考光栅来消除温 ［，］ 元件无法比拟的优点% 。但是，由于光纤光栅对 度对应变测量的影响。即将温度补偿参考光栅与应 温度与应变同时敏感，使得通过测量光纤光栅耦合 变测量光栅串联在一路光纤上，测量光栅根据需要 波长移动无法对温度与应变加以区分，这种交叉敏 粘贴在被测结构的表面或植入被测结构的内部，参 感效应严重影响着光纤光栅在传感领域的应用。近 考光栅则粘贴在与被测结构同一材料制成的试件 年来，国内外学者提出了很多解决温度和应力交叉 上，试件处于自由状态与被测结构处于相同的温度 ［，］ 敏感的方案，并取得了一定的成果3$ 。本文采用 场中，测量光栅和参考光栅对环境温度的变化具有 一种简单易行、成本低廉的温度补偿方法，即利用参 相同的响应，所以两者之间的波长相对漂移只与测 考光纤光栅对传感光栅进行补偿，使光纤光栅应变 量光栅所受应变有关，与环境温度的变化无关，此时 传感达到实用化要求。 可以得到应变表达式： ! 4!’ 温度补偿原理 ! ! （） % #5 3 ( # 由耦合模理论可知，当宽带光在光纤布拉格光 式中： 为光纤光栅应变传感器波长漂移（应变和 ! ! 栅中传输时，将产生模式耦合，满足布喇格条件式