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1、光器件中文核心期刊光纤光栅传感检测中交叉敏感问题的研究12毕重颖，雷飞鹏（1.北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京100044；2.北京交通大学光波技术研究所，北京100044）摘要：环境的温度与应力同时引起光纤光栅耦合波长移动，即存在温度应力交叉敏感问题,在光纤光栅传感器应用中必须实现温度和应力的区分测量。文章以交叉敏感的物理机制为出发点，从单一参量补偿、双参量区分补偿两个角度阐述并分析比较了国内外此问题解决方案的最新进展情况。关键词：光纤光栅传感器；交叉敏感；应力；温度中图分类号：TN929.11文献标识码：A文章编号：100
2、2-5561（2010）08-0012-04Studyoncross-sensitivityinfibergratingsensorsandtestingBIChong-ying,LEIFei-peng(1.KeyLabofAllOpticalNetwork&AdvancedTelecommunicationNetworkofEMC,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China;2.InstituteofLightwaveTechnology,BeijingJiaotongUniversity,Beij
3、ing100044,China)Abstract：AshiftofthecoupledwavelengthofFBGcanoccurduetothevariationofenvironmenttempera-turetogetherwithstress.Thatis,thecross-sensitivityoftemperatureandstressisaninherentproblemforFBG.TemperatureandstressshouldbemeasuredseparatelyfortheapplicationofFBGsensor.
4、Basedonthephysicalmechanismofcross-sensitivity,thelatestprogressintheworldofsolutiontothisproblemisintro-ducedandcomparedinthisarticle,withrespecttothecompensationbysingleparameteranddoubleparame-ters.Keywords:FBGsensor,cross-sensitivity,stress,temperature0引言1交叉敏感产生机理光纤光栅(FBG)
5、传感器作为一种新型的无源传感根据耦合模理论可知，当宽带光在光纤布拉格光器件,一经提出[1]就凭借其精度高、耐腐蚀、体小量轻、栅中传输时，产生模式耦合，满足布拉格条件的光被可实现绝对测量等优势在多领域的高压、高温和安全反射回入射端，反射光的中心波长λb为：性能检测中得到了广泛的应用。通过对FBG的理论分λb=2neffΛ（1）析和试验研究表明：应力和温度对FBG的作用是耦合式（1）中，neff是纤芯的有效折射率，其变化主要由的，因此，FBG传感器的测试结果中的应力与温度效弹光效应和热光效应引起；Λ是光栅周期有效折射率，应分离技术是将FBG传感器应用于
6、实际的关键问题。其变化主要由热膨胀效应和外加应力产生的应变引本文综合考虑目前FBG应力与温度交叉敏感的分离起；应力对FBG产生弹光效应和周期Λ的变化，温度技术的研究成果,并将其归纳为单一参量补偿（温度补对FBG产生热光效应和热膨胀效应，可用公式表示偿、应力祛除）和双参量区分补偿（温度、应力同时测为：Δλb/λb=(α+ξ)ΔT+(1-pe)ε=KTΔT+Kτε（2）量）两类加以介绍和讨论，方便针对不同的应用环境式⑵中，α、ξ分别为FBG的线膨胀系数和热光系选择适宜的方案，以期有助于FBG传感器的实用及推数，ε为光纤轴向应变，pe为有效弹光系数，KT
7、为FBG广。的温度灵敏度系数，Kτ为应力灵敏度系数。不难发现，当测量点的温度、应力同时发生变化时，仅仅根据单个FBG的Δλb不能区分出它们各自引起的布拉格波收稿日期：2010-04-13。长移动，也就不能给出精确的测量值。所以，解决温作者简介：毕重颖（1985-），女，硕士生。度、应力分离问题是FBG传感器实用化的前提之一。輥輰訛2010年第8期光器件毕重颖，雷飞鹏：光纤光栅传感检测中交叉敏感问题的研究2解决方案国内外的研究学者提出了许多FBG温度应力交叉敏感问题的解决方案，归纳起来为两大类：单一参量补偿和双参量(温度、应力)区分补偿。下面分别从这
8、两类传感器的特性出发综述几种解决方案。2.1单一参量补偿2.1.1温度补偿图2开口环传感结构即使在恒温环境下进行应力特性研
