基于熒光強度比的光纖布拉格光柵溫度應變傳感器.pdf

1、比于普通電傳感器,光纖溫度傳感器具有精度高、傳感范圍寬、不受電磁干擾等許多優(yōu)點?；跓晒鈴姸鹊南⊥翐诫s光纖溫度傳感器容易受到外界因素的干擾,比如泵浦源的波動,系統(tǒng)的光路損耗等,測量精度存在不確定性。利用稀土離子兩個熱偶能級熒光強度的比值隨溫度的變化特性,則可消除這種干擾,可以高精度的測量溫度。光纖布拉格光柵在光纖傳感領域有很廣泛的應用,但是布拉格波長同時具有溫度敏感性和應力敏感性,所以在利用布拉格光柵進行傳感時,必須考慮將兩者的相互影響

2、區(qū)分。本文利用熒光強度比對應力的不敏感性,用它作為布拉格光柵傳感時的溫度補償,實現(xiàn)了光纖布拉格光柵溫度和應力的同時測量。
　　 主要工作成果有:
　　 1、理論研究了稀土摻雜光纖中稀土離子的能級結(jié)構(gòu)及其吸收和熒光譜特性,主要分析了摻鉺光纖中鉺離子的能級結(jié)構(gòu)以及Stark能級分裂對熒光譜的影響,說明了采用4I13/2的Stark能級間的熒光強度比進行溫度監(jiān)測的原理,以及相比采用鉺離子的2H11/2和4S3/2兩個熱偶能級的

3、熒光強度比進行溫度監(jiān)測的優(yōu)勢。
　　 2、總結(jié)了近些年來國內(nèi)外采用稀土摻雜光纖中稀土離子的熱偶能級間的熒光強度比進行溫度測量的研究進展,對比分析了采用不同稀土離子的熒光強度比的溫度特性實現(xiàn)溫度監(jiān)測的優(yōu)缺點。
　　 3、創(chuàng)新性地提出了采用鉺離子激發(fā)態(tài)4I13/2的Stark能級間的熒光強度比的溫度特性進行溫度測量,泵浦源可以采用980nm半導體激光器,而且產(chǎn)生的熒光位于1550nm光纖通信低損耗窗口,可以使用便宜的光電二極

4、管探測器接收傳感信號。在-30℃到150℃范圍內(nèi),對4I13/2的Stark能級間的熒光強度比進行實驗研究,得出了熒光強度比值隨溫度的線性變化規(guī)律。
　　 4、在光敏摻鉺光纖中刻寫光纖布拉格光柵,使其同時受溫度和應力的作用,光纖承受的基準溫度由溫控箱提供,應力由滑輪和砝碼系統(tǒng)提供。每分鐘改變一次光纖承受的溫度和應力,并測量熒光強度比的變化AR和布拉格波長的移動量△λB,總共測量10次。根據(jù)熒光強度比的變化△R得到光纖溫度的變化△