光纤Bragg光栅横向负载敏感特性的实验研究.pdfVIP

维普资讯 维普资讯 第 1期 光纤Bragg光栅横向负载敏感特性的实验研究 51 ◆ 1 基本原理 ●■● ● 一 丘 由于光弹效应，光纤光栅所受到的横向压力负载引起的应力双折射会造成其Bragg谐 振波长的分裂，而分裂后的谐振波长差与所加的负载大小成线性关系 ， AA =k ·P (1) 式中：△A为波长分裂，P为单位长度上的横向负载，而系数k则为光纤光栅波长分裂的横向 负载灵敏度． 对于FBG应变传感而言，温度的交叉敏感是一个必须考虑的问题，然而在FBG横向负 载传感中，由于温度引起的FBG波长移位在两个不同偏振方向上是相同的，并不影响横向 负载引起谐振峰分裂的波长差的测量，因此可以忽略． 2 实验设置 在图1中，两根直径相同的光纤平行放置于一块光滑平整的钢板上，上方用一块抛磨平 整、宽度为 3em的铝板压住．加在铝板上的最大重量为 14．23kg．由于两根光纤受压的总长 度为6em，每根光纤上所承受的最大横向负载为2．3N／mm．在单点传感实验中，只有一根 加载光纤中刻有光栅 ，而另一根光纤为平衡光纤．在多点传感实验中，两根加载光纤中都刻 有光栅 ，横向负载在两个点同时得到测量．实验环境温度约为22℃． 图2 光纤光栅横向负载传感实验光路设置 图1 光纤光栅横向负载传感的力学装置 Fig．2 Optical configurationofrmuhipoint Fig．1 Mechanicalsetupfortransverseload transverseloadsensingexperiment sensingexperiment 波长寻址的多点传感实验的光路设置如图2所示．掺铒光纤超荧光宽带光源 (BBS)输 出的宽带光经由3dB耦合器到达三只光栅，而光栅反射回的光经由耦合器送到光谱分析仪 (OSA)中．三只FBG的中心波长分别为 1537nm，1555nm和 1560nm，OSA的波长分辨率 为0。1nm．在实验中，FBG2和FBG3同时加载，而FBG1作为参考．两只传感光栅之间的光 纤长度约 11TI．在对一些结构的检测 中，被测点的间距通常在 1In左右．由于光纤的损耗非 常小，在要求远程检测时可以方便地加长连接光纤的长度．单点传感实验的光路与多点传感 光路十分接近，区别仅为，在单点传感实验中，3dB耦合器右边 只有一只中心波长为 1551．3nm的光栅 ． 3 实验结果及讨论 单点测量的结果如图3、图4所示，从图3中可明显看出横向负载条件下的波长分裂． 当负载为2．3N／mm时，测得最大的谐振波长差为0．854nm．图4中，不同的符号分别代表 增加和减少负载时，谐振波长分裂的情况，两者基本一致．实验结果显示了很高的线性度，并 维普资讯 维普资讯 第 1期 光纤Bragg光栅横向负载敏感特性的实验研究 53 4 结论 本文对光纤光栅横向负载敏感特性作了实验研究，同时研究了光纤光栅横向负载的多 点分布传感能力，得到了较好的结果，为光纤光栅横向负载敏感特性在实际应用特别是多点 分布式传感中的应用提供参考．虽然本文中的多点传感实验是基于两只光栅在相同负载下 的情况，但对于多个光栅在不同负载条件下的分布测量同样适用．只要各光纤光栅中心波长 有适当