[实用新型]多参量光学传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光纤光栅传感系统，尤其是一种用于测量多种参量的多功能型光纤光栅传感系统。

背景技术

光纤光栅作为一种光学器件，是在光纤中建立起一种空间折射率周期分布，使在其中的光的传播特性得以改变的器件。

当宽带光源入射到光纤布喇格光栅(以下简称为FBG)中时，其反射光的中心波长λ_B由布喇格方程给出：λ_B＝2nΛ

其中，n为纤芯的有效折射率，Λ为光栅周期。

当FBG所处环境的温度和(或)应变等物理量发生变化时会导致λ_B变化，测出Δλ_B即可以得出待测物理量的变化情况，因此，FBG被广泛用于测量温度、应变、应力和位移等物理量。Δλ_B在一定范围内与待测物理量的变化量成线性关系，当环境温度变化量为ΔT时，对应的波长漂移量Δλ_BT可以表示为：

Δλ_BT＝λ_B(α+ξ)ΔT

其中α和ξ分别为光纤的热膨胀系数和热光系数。对于普通石英光纤，在1550nm时，波长随温度变化的灵敏度系数约为13pm/℃。

当FBG受纵向应变为Δε时，对应的波长漂移量Δλ_BS可以表示为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{BS}}={\mathrm{\λ}}_B\{1-\frac{n^2}{2}[{\mathrm{\ρ}}_{12}-v({\mathrm{\ρ}}_{11}-{\mathrm{\ρ}}_{12})\left]\right\}\mathrm{\Δ\ϵ}$

其中，ρ₁₁和ρ₁₂为光纤的应力张量元，v为泊松比。对于普通石英光纤，在1550nm时，波长随应变变化的灵敏度系数约为1.15pm/με。

光纤布喇格光栅能够测量许多物理参量并具有一些明显的优势，但由于普通光纤布喇格光栅一般为在掺杂有锗元素并载氢处理的光纤中，利用紫外激光的干涉或借助相位掩模板的方法写入的，通常不能承受较高的温度，当温度高于200℃时，光栅的反射谱(或透射谱)将变形或退化。因此在可查到的报道中，利用光纤光栅传感测量高温的报道很少。但是在许多情况下，比如油井的温度、变压器的温度等都需要利用不受电磁干扰的光纤类传感器，因此研究光纤光栅传感器大有好处。