对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在桥梁结构健康监测中产生的温度与应变交叉敏感问题进行了研究。采用参考光纤光栅法在应变传感光纤光栅附近额外加入一个温度测量光纤光栅,对应变光栅实现温度补偿功能。设计了基于参考光纤光栅法的FBG传感器及FBG传感器封装的机械结构,并通过实验来验证FBG传感器的性能。实验数据表明,温度传感光纤光栅几乎不受应变的影响,应变传感光栅的中心波长变化与温度变化呈一阶线性关系,修正后的测量结果更加精确,达到了双参数同时测量的目的,应变与布拉格波长的线性关系非常好,相关系数达到0.99以上。参考光纤光栅法能够很好地解决FBG传感器温度与应变交叉敏感的问题。

提出了一种结构紧凑的基于法布里-珀罗干涉仪(FPI)和光纤布拉格光栅(FBG)的双参量光纤 传感器,实现了对应变和温度的同时测量。将一段端面被腐蚀过的多模光纤(MMF)与一小段光敏 光纤(PSF)熔接形成FPI。PSF的平整端面作为FPI的一个反射面, FBG被刻写在PSF中。实验测 得FPI和FBG对应变的灵敏度分别为8.63 pm/με和1.11 pm/με, 对温度的灵敏度分别为-1.60 pm/°C和9.75 pm/°C。 由于FBG和FPI对应变和温度分别有不同的灵敏度,组合起来可以实现对双参量的同时测量。 实验结果表明传感器同时进行应变和温度测量时的最大误差分别为6.72 με和0.98 °C。

分析了应变与温度同时测量的光纤传感器中普遍存在的二阶灵敏度问题,导出了二阶灵敏度引起的误差的一般计算公式,并将这些公式和双模椭芯光纤温度、应变扰动的理论模型结合,给出了二阶灵敏度对线性近似误差影响的定量分析结果。