光纖應(yīng)用最終版

魯士力

光纖傳感和檢測(cè)（FBG）目錄1234展望曲率和溫度同時(shí)測(cè)量溫度和折射率同時(shí)測(cè)量測(cè)量磁場(chǎng)測(cè)量FBG簡(jiǎn)介FBG是FiberBraggGrating的縮寫(xiě)，即光纖布拉格光柵。在纖芯內(nèi)形成的空間相位周期性分布的光柵，其作用的實(shí)質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。FBG將特定波段的光譜反射的最大反射率可達(dá)90%，導(dǎo)致透射譜對(duì)應(yīng)的波段形成波谷FBG的透射譜右圖為FBG的透射光譜中，可以看出在反射譜對(duì)應(yīng)的波段上有一個(gè)明顯的波谷，形成一個(gè)帶通濾波器。深度為8dB，室溫下的中心波長(zhǎng)為1537.2556nm。根據(jù)相關(guān)理論和前人的成果，F(xiàn)BG的波長(zhǎng)漂移與溫度成線性關(guān)系曲率和溫度同時(shí)測(cè)量一曲率和溫度的同時(shí)測(cè)量一傳感頭設(shè)計(jì)圖

馬赫-曾德干涉儀的透射光譜對(duì)曲率和溫度的變化都很敏感，而光纖布拉格光柵的反射光譜只對(duì)溫度的變化敏感，在一定范圍內(nèi)曲率的變化對(duì)其無(wú)影響?？梢酝ㄟ^(guò)監(jiān)測(cè)的M-Z干涉儀和FBG的波長(zhǎng)偏移實(shí)現(xiàn)曲率和溫度的同時(shí)測(cè)量。圖1傳感頭設(shè)計(jì)圖無(wú)FBG傳感器的透射譜有FBG傳感器的透射譜曲率和溫度同時(shí)測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置圖一

第一個(gè)花生形結(jié)構(gòu)的一端與寬帶光源相連接，第二個(gè)花生形結(jié)構(gòu)一端與光譜儀連接。在曲率實(shí)驗(yàn)中傳感器的兩端被固定在兩個(gè)平臺(tái)上。向前推進(jìn)可移動(dòng)平臺(tái)使干涉儀彎曲。彎曲的半徑與可移動(dòng)平臺(tái)向前推進(jìn)的距離有關(guān)。在整個(gè)曲率測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，傳感器的溫度是在室溫下進(jìn)行。在溫度實(shí)驗(yàn)中，傳感器處于平直狀態(tài)，沒(méi)有被彎曲，逐漸增加溫度即可。傳感器在不同曲率下的透射譜傳感器在不同溫度下的透射譜總結(jié)：

在溫度實(shí)驗(yàn)中，由于FBG對(duì)曲率的變化不敏感，F(xiàn)BG對(duì)應(yīng)的波谷B的波長(zhǎng)漂移量，可以認(rèn)為是由外界溫度的變化導(dǎo)致的，因此得到了外界溫度參數(shù)。

在曲率測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，外界溫度不是恒定的，馬赫-曾德干涉儀對(duì)應(yīng)的波谷A的波長(zhǎng)漂移量由溫度和曲率兩部分的變化導(dǎo)致的。通過(guò)FBG對(duì)應(yīng)的波谷B的波長(zhǎng)漂移量得到外界的環(huán)境溫度T，確定了外界溫度也就確定了由溫度的變化導(dǎo)致的馬赫-曾德干涉儀對(duì)應(yīng)的波谷A的波長(zhǎng)漂移量，由曲率變化導(dǎo)致的馬赫-曾德干涉儀對(duì)應(yīng)的波谷A的波長(zhǎng)漂移量為與的差。曲率的測(cè)量不受外界溫度變化的影響，消除了溫度的交叉敏感二基于FBG的折射率和溫度同時(shí)測(cè)量二傳感頭的制作FBG1對(duì)于溫度很敏感，F(xiàn)BG1的纖芯模式由n1和n2決定，F(xiàn)BG1對(duì)于外界環(huán)境折射率不敏感用HF將FBG腐蝕成為一個(gè)錐形FBG2纖芯模式由外界環(huán)境折射率決定，由于半徑減?。ㄓ捎诟g），外界環(huán)境折射率變化，會(huì)引起波長(zhǎng)移動(dòng)。同時(shí)測(cè)量折射率和溫度的實(shí)驗(yàn)裝置圖二測(cè)量折射率將傳感頭浸沒(méi)在不同的折射率溫度保持在室溫，得到的反射譜為：折射率增加，F(xiàn)BG2波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng);FBG1的波長(zhǎng)沒(méi)有發(fā)生改變當(dāng)外界折射率接近包層折射率（1.4339）時(shí)，錐形FBG反射譜與原始的沒(méi)有被腐蝕的FBG反射譜相同。因?yàn)橥饨缯凵渎蚀笥诎鼘诱凵渎蕰r(shí)，有很大部分的光被泄露出去。二溫度測(cè)量溫度增加，錐形FBG的反射譜向長(zhǎng)波方向移動(dòng)將傳感頭全部浸沒(méi)在甘油（n=1.45989）溶液中，測(cè)量不同的溫度，得到的反射譜為：三磁場(chǎng)檢測(cè)三傳感頭制作

一種基于磁流體和FBG的磁場(chǎng)傳感頭，主要將刻有布拉格光柵的單模光纖經(jīng)過(guò)腐蝕，使直徑在10μm左右。浸沒(méi)在磁流體溶液中，用毛細(xì)管封裝即可。

主要原理是外界磁場(chǎng)的增加導(dǎo)致磁流體的折射率降低，被腐蝕變細(xì)的FBG的反射波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)方向漂移。。三磁場(chǎng)傳感器實(shí)驗(yàn)裝置圖所述的寬帶光源與三端環(huán)形器端口a相連，所述的FBG與三端環(huán)形器端口b相連，所述的光纖光柵解調(diào)儀與三端環(huán)形器端口c相連所述的殘留包層FBG通過(guò)HF溶液將光纖包層腐蝕掉，所述的磁流體溶液和殘留包層FBG封裝在毛細(xì)管內(nèi)。三工作原理、磁場(chǎng)變化通過(guò)改變兩個(gè)磁鐵的距離磁場(chǎng)強(qiáng)度主要是用高斯計(jì)來(lái)測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果FBG直徑為125um時(shí)，F(xiàn)BG沒(méi)有被HF腐蝕，磁場(chǎng)變化對(duì)它沒(méi)有影響。FBG越小的直徑，有更高靈敏度的波長(zhǎng)移動(dòng)

當(dāng)磁場(chǎng)增加，不同直徑的FBG反射波向短波方向移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)告訴我們：我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在穩(wěn)定溫度下測(cè)得的，F(xiàn)BG對(duì)于溫度是很敏感的，磁流體放在不同的溫度下，F(xiàn)BG中心波長(zhǎng)將會(huì)改變。四展望四展望由于我國(guó)目前光纖傳感器的產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用方面還遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，因此加快和促進(jìn)光纖傳感器的商品化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，無(wú)疑是今后發(fā)展的主要方向。光纖傳感有著突出的優(yōu)點(diǎn)，但也存在急待解決的問(wèn)題，例如光纖傳輸損耗、探測(cè)器老化、元件本身性能對(duì)精度的影響等等。今后發(fā)展的趨勢(shì)是進(jìn)一步改進(jìn)敏感元件的制作工藝及結(jié)構(gòu)、探索