低成本光纖光柵傳感特性及系統(tǒng)研究.pdf

1、使用高頻CO2激光脈沖寫入長周期光纖光柵，是利用了高頻脈沖對(duì)光纖的熱沖擊效應(yīng)，由于脈沖能量集中，單個(gè)脈沖加熱時(shí)間短，因此加熱效率高，能高效率高質(zhì)量地寫入長周期光纖光柵，在這種方法中可以直接使用普通光纖，因此制作光柵的成本較低。作者針對(duì)此種寫入方法的低成本性，對(duì)低成本長周期光纖光柵傳感器件及傳感系統(tǒng)進(jìn)行了探索性研究。主要工作和成果總結(jié)如下： 1．利用高頻CO2激光脈沖曝光法制作了長周期相移光纖光柵與級(jí)聯(lián)光纖光柵器件，并研究了其部

2、分傳感特性。該方法僅需用計(jì)算機(jī)繪制所需要的光柵結(jié)構(gòu)圖形，由計(jì)算機(jī)依照此圖形控制CO2激光器對(duì)光纖曝光，就可自動(dòng)完成光纖光柵的制作。由于激光脈沖的瞬間能量高，單脈沖的作用時(shí)間短，對(duì)光纖的熱沖擊效應(yīng)明顯，因而容易制作出高質(zhì)量低成本的相移光柵與級(jí)聯(lián)光柵，實(shí)驗(yàn)表明，利用普通的通信光纖可以分別制作出長周期相移光纖光柵和級(jí)聯(lián)光柵，成本大大低于紫外寫入法用光敏光纖制作的同類器件，并且穩(wěn)定性要好的多，通過試驗(yàn)研究了光柵的溫度特性和應(yīng)變特性，發(fā)現(xiàn)這些特種

3、光柵同樣是很好的低成本傳感器件。 2．測試了使用高頻CO2激光脈沖在普通光纖中寫入的長周期光纖光柵在高溫下的溫度特性和應(yīng)變特性。當(dāng)溫度在800℃以下的時(shí)候，光柵的中心波長漂移量與溫度改變量之間基本呈現(xiàn)線性關(guān)系，當(dāng)溫度超過800℃后，波長漂移量與溫度變化量之間的比值迅速增加，兩者不具備線性關(guān)系。試驗(yàn)表明光柵的應(yīng)變特性具有相同的變化趨勢。由試驗(yàn)可知，這種光柵是一種很好的低成本高溫傳感器件。 3．利用高頻CO2激光脈沖寫入

4、的長周期光纖光柵的邊緣濾波效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)與動(dòng)態(tài)應(yīng)變的測量。使用單波長輸入光，光信號(hào)經(jīng)過長周期光纖光柵衰減后進(jìn)入光電探測器，最終輸出電壓信號(hào)。當(dāng)對(duì)光柵施加應(yīng)變時(shí)，其中心波長將發(fā)生漂移，由于光柵阻帶的邊緣濾波效應(yīng)，光電探測器接收的光強(qiáng)會(huì)隨之變化，測量其輸出的電信號(hào)，可以得出光柵發(fā)生的應(yīng)變大小與頻率。對(duì)于靜態(tài)應(yīng)變測量，可分辨的最小應(yīng)變小于10 ，精度為 ；在動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)光柵能夠響應(yīng)5kHz以上的動(dòng)態(tài)應(yīng)變。這種傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低,響