基于熒光強(qiáng)度比的光纖布拉格光柵溫度應(yīng)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(diǎn)?；跓晒鈴?qiáng)度的稀土摻雜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(qiáng)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(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用,但是布拉格波長同時具有溫度敏感性和應(yīng)力敏感性,所以在利用布拉格光柵進(jìn)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(qiáng)度比對應(yīng)力的不敏感性,用它作為布拉格光柵傳感時的溫度補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)了光纖布拉格光柵溫度和應(yīng)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(qiáng)度比進(jìn)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(qiáng)度比進(jìn)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(qiáng)度比進(jìn)行溫度測量的研究進(jìn)展,對比分析了采用不同稀土離子的熒光強(qiáng)度比的溫度特性實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　 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(qiáng)度比的溫度特性進(jìn)行溫度測量,泵浦源可以采用980nm半導(dǎo)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(qiáng)度比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,得出了熒光強(qiáng)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(yīng)力的作用,光纖承受的基準(zhǔn)溫度由溫控箱提供,應(yīng)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(yīng)力,并測量熒光強(qiáng)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(qiáng)度比的變化△R得到光纖溫度的變化△