[发明专利]一种双面W形长周期光纤光栅及其感测应变和温度的应用

说明书

本发明提供了一种双面W形长周期光纤光栅，分别在光纤表面两侧对称得刻蚀有一段凹槽段，凹槽段由数个W形凹槽沿轴向等间距排列构成，W形凹槽两侧底端的深度d1为25μm，W形凹槽中部凸起的深度d2为20μm，W形凹槽的长度w为250μm，每段凹槽段中W形凹槽个数n为21个，光栅的周期f为550μm。本发明光栅光纤透射谱中具有两个谐振峰，且两谐振峰波长分别与轴向应变以及温度呈良好的线性关系，能够用于感测应变及温度，测量精度高，且可用于应变‑温度交叉感测，进而排除温度对应变测量结果的干扰。

技术领域

本发明属于光纤光栅技术领域，具体涉及一种双面W形长周期光纤光栅及其应用。

背景技术

光纤是一种用于光传导的纤维状材料，而光纤光栅则是在光纤的基础上，通过一定方法使光纤纤芯折射率发生轴向周期性调制而成的衍射光栅。光纤光栅这一技术的出现，不仅深刻改变了通信行业，还对传感技术领域产生了极大的影响。

现有技术中，以光纤光栅为基础制作相应的应变传感器，还存在例如精度较低或者易受干扰等不足，因此在光纤光栅用于应变感测上，仍需做进一步的研究探索。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种双面W形长周期光纤光栅及其相关应用，用于解决当前技术中光纤光栅感测应变时精度较差或者易受干扰的问题。

本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。

一种双面W形长周期光纤光栅，分别在光纤表面两侧对称得刻蚀有一段凹槽段，凹槽段由n个W形凹槽沿轴向等间距排列构成。

进一步地，所述W形凹槽两侧底端的深度d1、W形凹槽中部凸起的深度d2以及W形凹槽的长度w分别满足20μm≤d1≤30μm、15μm≤d1≤25μm、200μm≤w≤300μm；每段凹槽段中W形凹槽的个数n以及周期f分别满足16≤n≤26、500μm≤f≤600μm。

进一步地，所述W形凹槽两侧底端的深度d1为25μm，W形凹槽中部凸起的深度d2为20μm，W形凹槽的长度w为250μm。

进一步地，所述每段凹槽段中W形凹槽个数n为21，光栅的周期f为550μm。

进一步地，所述光纤光栅的光纤原料为标准单模光纤。

一种基于上述双面W形长周期光纤光栅感测轴向应变的应用：所述光纤光栅的透射谱包含两个谐振峰，且两谐振峰波长与轴向应变呈线性关系，通过检测所述光纤光栅透射谱中谐振峰波长得到被测轴向应变大小。

进一步地，轴向应变的测量范围是0～250με。

一种基于上述双面W形长周期光纤光栅感测温度的应用：所述光纤光栅的透射谱包含两个谐振峰，且两谐振峰波长与温度呈线性关系，通过检测所述光纤光栅透射谱中谐振峰波长得到所处环境温度。

一种基于上述双面W形长周期光纤光栅在应变-温度交叉感测上的应用：所述光纤光栅透射谱中两谐振峰DipA和DipB对应的轴向应变灵敏度分别为K_εA和K_εB、温度灵敏度分别为K_TA和K_TB，通过检测所述光纤光栅透射谱中两谐振峰DipA和DipB的波长，并根据公式得到被测轴向应变Δε和被测温度ΔT。

进一步地，述公式中D为K_εAK_TB-K_εBK_TA，其值大小反应应变-温度交叉感测的灵敏度。

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过在光纤两侧对称刻蚀W形凹槽，进而给出了一种新型光纤光栅结构；此种双面W形长周期光纤光栅的透射光谱中，包含两个谐振峰，且两谐振峰波长分别与轴向应变以及温度呈良好的线性关系。