提出并制作了一种弯曲形变与应力拉伸可区分测量的全光纤敏感元件。全光纤敏感元件使用193nm ArF准分子激光器在单模-色散补偿-单模的干涉上刻写光栅, 组成光栅和迈克尔逊干涉的并联结构。分析了光纤敏感元件对弯曲和应力拉伸的响应机理。对光纤敏感元件进行了弯曲和拉伸测试, 实验结果表明: 在0～1.4m-1曲率下, 1524.27nm处干涉波谷的弯曲灵敏度为4.53dB/m-1, 线性度为0.991,光栅布拉格谐振峰处的能量基本不发生变化; 在0～500με拉伸形变范围内,1524.27nm处干涉波谷的形变拉伸灵敏度为-1.02pm/με, 线性度为0.979。布拉格谐振模式的形变拉伸灵敏度为0.615pm/με, 线性度为0.990。所提光纤敏感元件能够区分测量弯曲形变和应力拉伸, 其在工业应用具有较好的前景。
光纤光栅传感 迈克尔逊干涉 光纤拉力传感 光纤弯曲传感 色散补偿光纤刻栅 fiber Bragg grating sensor Michelson interferometer fiber strain sensor fiber bending sensor dispersion compensation fiber inscription
1 西安石油大学 理学院, 西安710065
2 西北大学 物理系, 西安 710069
在色散补偿光纤上刻写光栅, 形成全光纤复合传感结构, 将干涉结构和光栅结构集成在同一段光纤内.分析了干涉包层模式和布拉格谐振峰对纵向拉力以及温度的响应机理.通过监测包层模式和布拉格谐振峰的波长漂移量, 建立矩阵方程, 实现对纵向拉力和温度双参量的同时测量.实验结果表明, 包层模式和布拉格谐振峰对温度的响应灵敏度分别为49.4 pm/℃和11.0 pm/℃, 包层模式对纵向拉力的响应灵敏度为1.05 pm/με, 布拉格谐振模式对纵向拉力的响应灵敏度为0.651 pm/με, 且这四个参数均表现出良好的线性度.该传感器结构采用低阶包层模式和纤芯基模模式, 对外界环境折射率不敏感, 能较好地应用于纵向拉力和温度的同时测量中.
光纤传感 光纤布拉格光栅 全光纤拉力传感器 全光纤温度传感器 双参量测量 Fiber optics sensors Fiber Bragg grating All-fiber strain sensor All-fiber temperature sensor Double-parameter-measurement
