文档介绍：第卷第期光学仪器.,.
年月Ⅳ,
文章编号:———
可同时测量温度和压力的高灵敏度
光纤光栅传感器
郑史烈,李静,章献民
浙江大学信息与电子工程学系,浙江杭州
摘要:报道一种新颖的基于单个光纤布拉格光栅的传感器。该传感器将光栅的一部分封装在周
围填充聚合物的金属空腔里,另一部分固定在金属柱体内。由于固定的光栅部分不受应变的影
响,而封装在聚合物的光栅同时受温度和应变的影响,因此该结构可实现温度和应变的分离传
感。同时,这种聚合物封装的结构把施加在聚合物上的横向应力巧妙地转化为施加在光栅上的
轴向应变,可大大提高其应变传感灵敏度。实验结果表明该传感器不但可以实现压力和温度的
同时测量,而且其压力灵敏度系数可达.× ~ ,约为裸光栅的倍。
关键词:光纤布拉格光栅;光纤传感器;聚合物封装;压力和温度传感器
中图分类号:. 文献标识码:

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引言
光纤布拉格光栅由于具有结构紧凑、制作方便及波长编码等优点,近年来已作为一种理想的传感单
元在光纤传感器领域备受关注。在实际温度和应力传感应用中,由于布拉格光栅传感器存在着温度和
收稿日期:——
作者简介:郑史烈一,女,浙江宁波人,副教授,博士,主要从事微波光子学,基于光纤光栅的器件开发与应用方面的研究。
· · 光学仪器第卷
应力的交叉敏感问题,即待测对象温度和应力的变化均能引起布拉格光栅反射波长的位移,在检测端却
无法对这两种原因引起的反射波长的位移进行分辨,故大大限制了布拉格光栅传感器的应用。为此,人
们提出了许多设计方案,如双波长叠加光栅法、混合光纤光栅/长周期光栅引、双直径光栅、光栅叠加
偏振摇摆滤波器法、布拉格光栅与组合法、超结构光栅法、法布里一珀罗腔方法及双光栅
方法等等。这些方法可以解决温度和压力交叉敏感的问题,但是大多的方案需要两个光栅,或需要特
殊结构的光栅或需要特殊的复杂工艺。为此,如能采用单个布拉格光栅实现温度和压力的分离传感,在
实际应用中将是非常有价值的。
灵敏度是衡量光纤光栅传感器的一个非常重要的指标。裸光栅的压力和温度灵敏度很低,分别为
.×。和.× ℃¨。目前提出了许多可以提高光纤光栅传感器灵敏度的方法,
如采用玻璃管封装,在光栅上涂覆聚合物,刻蚀光栅,聚合物封装等等。聚合物封装光栅被认
为是比较有效的方法。
现提出了一个基于单个布拉格光栅,可以实现对温度和压力同时测量的新颖光纤布拉格传感器。把
光栅的一部分封装在聚合物里,通过设计封装结构把施加在聚合物上的横向应力巧妙地转化为施加在光
栅上的轴向应变。实验结果表明,传感器的压力灵敏度得到大大提高。
封装结构及传感原理
图是基于单个光栅的传感器结构。光栅的右半
部分被封装在一个周围填充聚合物的金属
圆腔里,它的右端口固定在一个紧贴聚合物的金属圆
盘的中心。光栅的左半部分穿过窄孑,两端
均固定在金属圆柱上。在聚合物部分,金属圆腔壁上
有两个开口。通过它对聚合物施加压力相当于对光栅
施加轴向拉力。由于左半部分光栅两端是固定在金属
柱体上,这