高灵敏度长周期光纤光栅温度传感器的设计.pdf

第30卷 第3期 光 学 仪 器 Vo1．30，No．3 2008年6月 OPTICAL INSTRUMENTS June，2008 文章编号：1005—5630(2008)03—0026—04 高灵敏度长周期光纤光栅温度传感器的设计* 阮 隽，曾庆科，秦子雄，梁维源，黄 平 (广西师范大学物理与电子工程学院，广西桂林 541004) 摘要：为提高光纤光栅温度传感器的灵敏度，文中采取纤芯弹光系数大于包层弹光系数的长周 期光纤光栅且在其包层外面涂覆一层随温度的升高折射率减小的薄膜材料，同时采用热膨胀系 数大的金属封装光栅三种增敏措施。计算表明，增敏后的温度传感器其灵敏度系数为 0．2375nm／℃，温度测量分辨力小于O．1℃。 关键词：长周期光纤光栅(LPFG)；谐振波长；温度传感器；灵敏度 中图分类号：TP 212 文献标识码：A Design on high sensitivity tempi~rature sensors based on long-period fiber gratings RUANJuan，ZENGQingke，QINZixiong，LIANGWeiyuan，HUANGPing (College of Physics and Electronic Engineering，Guangxi Normal University，Guilin 541004，China) Abstract：Temperature sensitivity of sensor is greatly improved by taking the following three measures：proper long-period fiber grating(LPFG)whose strain coefficient of core is larger than that of cladding iS obtained：the LPFG iS coated with a thin film of material whose refractive index decrease with the temperature up and the sensor iS encapsulated by metal material whose thermal expansion coefficient is high．By calculating，a measured temperature coefficient of 0．2375nm／oC and a temperature resolution less than 0．1℃ are obtained． Key words：long-period fiber grating(LPFG)；resonant wavelength；temperature sensors；sensitivity 1 引 言 自从1995年Vengsarkar A M等人在光纤中成功写人长周期光纤光栅，它的出现给缓慢发展的光纤 传感领域带来了新的活力。其基本的传输原理为将前向传输的纤芯基模耦合至前向传输的n阶包层模 中，从而形成相应波长的损耗，是一种很好的滤波器，同时在传感领域也有很多的研究报道[1 ]。由于长 周期光纤光栅比Bragg光栅具有更高的温度灵敏度，而对温度的精确测量在现实生产中很重要，因而在 温度传感方面的研究报道也很多，而这些报道主要集中于如何提高温度分辨力。王目光等人[3]利用双周 期光纤光栅对温度和应变进行同时测量，其温度分辨力达±0．8℃；刘云启等人[4]采用强度传感原理测量 其温度灵敏度达0．086nm／℃，温度分辨力为0．1℃，但其温度范围有限，为l4oC～88oC；詹亚歌等人[5]从 三个方面采取增敏措施，其温度分辨力为0．02oC，温度灵敏度达39．8pm／K，但该实验需要利用长周期光 纤光栅透射谱的线性部分对光源进行调制，而透射谱的线性部分很小，一般约为7nm。