[发明专利]基于LPFG级联FBG的应力与温度双参数传感器的制备方法

说明书

本发明提供了一种基于长周期光纤光栅和光纤布拉格光栅的光纤级联应力与温度测量传感结构，采用两种灵敏度不同的LPFG结构和FBG结构进行级联，通过观察其透射光谱，得到该双参数传感器的温度传感特性和应变传感特性，进而求得LPFG和FBG两种微结构的温度灵敏度和应变灵敏度，进而带入灵敏度矩阵，实现对温度和应变的双参数测量。本发明的该光纤传感器灵敏度高，线性度好，可以同时动态实现应变和温度的测量，具有广阔的应用前景和重要的参考价值。

技术领域

本发明涉及光纤传感器件领域，特别涉及一种基于LPFG级联FBG的应力与温度双参数传感器的制备方法。

背景技术

光纤传感技术是20世纪70年代发展起来的新型传感技术，通过调制光纤中传输光的强度、相位、波长、偏振态并对这些变化进行监测，实现对温度、应变、压力、声振动、角速度等多种参量的测量。由于光纤传感器具有体积小、重量轻、测量灵敏度高、复用能力强、抗电磁干扰、易于嵌入材料内部等优点，近年来受到广泛关注，成为传感技术研究领域的热点之一。与传统的机电或电子传感器相比，光纤传感器更符合现代生物传感技术的需求，具有重要的学术价值和应用前景。

然而，目前针对传感器的研究更多的是单一变量的传感测量，而实际环境并不是简单的单一变量，交叉敏感问题无处不在。近年来，对于双参数测量传感器的研究也受到研究者的广泛青睐。2012年葡萄牙C.Gouveia等人利用高双折射光纤制作了能够同时传感折射率和温度的光栅腔传感器，通过分别测量干涉条纹对比度和波长漂移变化来解调折射率和温度的变化，实现的快慢轴折射率灵敏度分别达到-1.06％0.01RIU和-0.96％.0.0RIU，温度灵敏度达到10.52pm/℃和10.13pm/℃。2014年JianyingYuan等人利用长周期光纤光栅与Sagnac干涉环串联，实现了温度及折射率的同时测量，折射率灵敏度为16.864nm/RIU，温度灵敏度为1.533nm/℃。2015年，简永生课题组提出了一种基于耦合型双芯光纤级联布拉格光纤光栅的温度与应力双参数解耦测量的全光纤型传感系统，可以分别实现4.3048με及0.4562℃的应力与温度传感测量分辨率。2016年，ShengnanWu等人通过FBG连接侧面开口的光纤F-P腔，并应用于气体压力和温度的测量，气体压力灵敏度分别为4.063pm/kPa和4.071pm/kPa，温度交叉敏感度为214Pa/℃和204Pa/℃。2017年，天津大学徐德刚设计了一种基于级联保偏光纤和长周期光纤光栅的Sagnac环温度和环境折射率双参量传感器，其温度灵敏度1.2nm/℃，环境折射率灵敏度为15nm/RIU。

温度和应变都是表征物质物理和化学性质的重要参数，温度和应变测量在大型飞行器质量监控、生物医疗、石油探测、桥梁建筑等重要领域有着极其广泛的应用，已经广泛地应用到国民经济的各个领域；但是，复杂的现实环境中存在着各种变量，单一的干涉式光纤传感器对压强和温度两种物理参数都敏感，测量压强或温度时会出现交叉敏感的问题，很难实现压强和温度的同时测量。双参数的实时测量对于真实的现实环境显得尤为重要。

因此，需要一种能有效地对应力与温度进行实时动态测量的基于LPFG级联FBG的应力与温度双参数传感器的制备方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于LPFG级联FBG的应力与温度双参数传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：利用CO₂激光器加工第一单模光纤，得到LPFG；

步骤二：利用准分子激光加工第二单模光纤，得到FBG；

步骤三：重复步骤二，得到与步骤二中波段范围不同的FBG；

步骤三：利用光纤熔接机将上述LPFG与两个上述FBG级联，制成应力与温度双参数光纤传感器。

优选地，所述CO₂激光器的激光束功率为1mV，加工速度为10m/s。