王郡婕, 王 成, 杨艳妮

(西安医学院 医学技术系, 陕西 西安 710029)

光纤布拉格光栅压力传感的分析与计算

王郡婕, 王 成, 杨艳妮

(西安医学院 医学技术系, 陕西 西安 710029)

为了检测光纤布拉格光栅(FBG)对压力响应的灵敏度和可重复操作性,根据FBG传感的原理,分别讨论了其温度和应变传感特性。通过实验测量了FBG轴向应力与中心反射波长的关系,得到两者之间呈良好的线性关系,光栅的轴向应变灵敏度为0.013 pm/μm。将FBG黏贴在一圆柱杆上,测量了压力增大和减小时FBG中心波长的变化,拟合得到线性度分别可达到0.999 0和0.999 9,压力响应灵敏度均为4.8×10-3nm/MPa,并计算出中心波长实验值的相对误差为2.05%,同时分析了误差存在的主要原因。

光纤布拉格光栅; 传感器; 轴向应力; 压力

引 言

近年来,光纤布拉格光栅(FBG)的发展与应用备受研究者的青睐,它不仅具有体积小、损耗低、灵敏度高、抗电磁干扰能力强等特点[1-4],而且还可在恶劣环境下工作,现已广泛应用于建筑、航空、医疗等领域[5-8]。在生产、生活过程中需经常测量压力,与传统的压力测量方法相比,FBG压力传感器不仅继承了FBG优点,而且还可对波长进行编码,波分复用,实现分布式多点实时测量[9]。本文从影响FBG传感特性的两个主要因素出发,阐述了其传感原理,并分别测量了中心波长随FBG所受轴向应力和压力的变化而变化的关系。结果表明,它们之间具有良好的线性关系,且FBG对压力响应具有较高的灵敏度和较高的重复性。

1 FBG压力传感的基本原理

FBG是纤芯折射率呈周期性变化的一段光纤,当一束光进入FBG后,只有波长满足Bragg条件的光波才会被反射,称为FBG的中心波长λB。……