光纤光栅应变传感器温度补偿的解决方案课件

1、光纤光栅应变传感器 补偿解决方案 光纤光栅应变传感器温度补偿的解决方案1 双波长方案 由于光栅布拉格波长对温度与应变均敏感, 它 本身无法区别温度和应变分别引起的波长变化, 导致 温度和应变的交叉敏感问题制约其发展。而在进行应 变传感测量时, 如何消除温度的影响, 也一直是人们 研究的重要内容。在实际应用中, 必须对温度进行补 偿。 其主要思想是在同一光栅中或一对光栅间形成 两个相关联的布拉格中心波长入B1 、入B2 。利用入B1、 入B2的关联特性, 将应变与温度进行分离。 1. 参考光栅法 2. 特殊结构法 3. 矩阵法 光纤光栅应变传感器温度补偿的解决方案2 参考光栅法 将两性能相同的光

2、栅置于同一温度场的测量环境中, 以保证温度变化对两光栅的影响相同。其中一个作参 考光栅, 封装时使其免受应力作用, 只感测温度的变 化。从测量光栅测得的总波长变化量中减去温度引起 的波长变化, 便可实现温度补偿。 光纤光栅应变传感器温度补偿的解决方案3 特殊结构法 将两种包层直径不同而材料相同的光纤按图所示 熔接在一起, 这两种光纤在靠近熔接处分别写有中心 波长相近的光栅。当光纤光栅所受温度和应变同时改 变时, 两光栅表现出相同的温度响应特性, 但应变响 应特性不同, 从而实现区分测量。 光纤光栅应变传感器温度补偿的解决方案4 矩阵法 利用两种不同化学聚合物分别对光纤光栅进行封 装, 其中将光

3、栅一半封于聚胺脂甲中, 待其固化后, 再 将剩余一半光栅和甲全部封装于聚酞胺乙中, 整个光栅 位于乙的中心。封装后, 会产生两个反射峰, 且这两个 峰的压力和温度灵敏度均不相同, 从而达到压力和温度 的同时测量, 解决了测量压力时温度变化带来的不利影 响。 光纤光栅应变传感器温度补偿的解决方案5 矩阵法 光纤光栅应变传感器温度补偿的解决方案6 矩阵法 Fig. 2 shows the respective spectra of the sensing FBG under no stress and 1500 N. It is indicated that when the sensor is

4、stressed, the chirp bandwidth increases; meanwhile, the central wavelength moves to short wavelength, 光纤光栅应变传感器温度补偿的解决方案7 矩阵法 It can be concluded that the chirp is only determined by the axial stress. The shift of central wavelength is determined by both axial stress and temperature variation. The c

5、entral wavelength change has a constant ratio with applied stress under different circumstance temperature. 光纤光栅应变传感器温度补偿的解决方案8 矩阵法 光纤光栅应变传感器温度补偿的解决方案9 An Embedded FBG Sensor for Simultaneous Measurement of Stress and Temperature （1）文献来源与出处： IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 18, NO. 1, JANUARY

6、 1, 2006 （2）文献内容简介： 文章提出了一种可以同时测量压力和温度嵌入式光纤布拉格光栅(FBG)传感器， 光纤光栅封装在一个锥形聚合物中，当给传感器压力时，光栅呈线性啁啾。外 加压力值和温度值可以通过测量啁啾和中央波长来获得。实验结果表明，该传 感器的应力敏感度为2.6210-3 nm/N 和温度灵敏度为0.108 nm/。因为光纤 光栅受到很好的保护，且无突发的应力应变，所以传感器表现出卓越的可靠性。 （3）文献的特色与创新点： 1. 对同一段光纤光栅的两半进行不用封装，即可以得到两个不同波长的反射 峰，通过比较两个反射峰波长的差异，初步断定中心波长的变化是由温度 还是应力应变引起的； 2. 文章采用的聚合物是一种改性丙烯酸酯胶粘剂，聚合物不仅给光纤光栅提 供了强有力的保护,也给光纤光栅提供了传感线性应变分布（有效地防止了 突发的应力应变），使得传感器更