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光电孑·激光
7
Journal V01.1
第17卷增刊2006年6月 of0pfDefecfro厅fcs·Laser Suppl.2006
D形光纤Bragg光栅及其位移传感的实验研究
周金龙1,董小鹏1,李 杰1,石志东2
(1.厦门大学信息科学与技术学院光波技术研究所,福建厦门361005;2.上海大学光纤研究所,上海
208100)
摘要:D形光纤由于其横截面的非圆对称性,当光纤芯子与D形光纤平面距离很小时,弯曲在光纤芯区
将引入较大的净应力,从而造成D形光纤Bragg光栅波长对弯曲的敏感性很高。本文对D形光纤弯曲
引起的轴向应变作了详细的分析,并利用D形光纤光栅的这一特性,设计了D形光纤光栅位移传感器,
在实验上对采用D形光纤Bragg光栅的位移传感作了详细地研究和测量,为这种传感器的实际应用打
下了基础。
关键词:D形光纤;光纤Bragg光栅;光纤位移传感;光纤光栅传感器
2 弯曲D形光纤的轴向应力及对应Bragg
1 引 言
光栅的波长移动
BraggGrating,FBG)
光纤Bragg光栅(Fiber 2.1 D形光纤弯曲引起的纤芯轴向应变
传感器是一种波长调制型光纤传感器,通过外界参 D形光纤的横截面及相关的几何参数如图1
量对Bragg波长的调制来获取传感信息。光纤光
所示。仅考虑弯曲引起轴向应力情况下,推导可得
栅传感系统有诸多优点,如抗电磁干扰、传感头结 D形光纤纤芯截面的平均应变量为:
构简单、方便构成传感网络等等,所以得到了越来
越广泛的应用[1“]。D形光纤Bragg光栅(D—
三一±三c。s(arcsin
d),+1 ",-r-)一.。。。a
FBG)由于其物理结构上的非圆对称,而对弯曲有 10
M
很高的灵敏度,引起了大家的兴趣。F Araujo等
1
L,
2 o——
A
人利用D—FBG的弯曲敏感特性制得对温度不敏 D
感的弯曲传感器I…。T.Allsop等人在D形光纤上
刻写了长周期光栅并测得其弯曲和方向特性r6l。 K一+r.c08(arcs,nd,)+1 .r).。。。口
赵东晖等人也在D形光纤和一些特殊结构的光纤
上刻写了长周期光栅制得矢量性弯曲传感器[7j,
其中正号表示向Y轴正方向弯曲,负号表示向
等等。
Y轴负方向弯曲,p是中性层的曲率半径,r是包层
目前D—FBG弯曲敏感特性的研究工作主要
半径,d是D—FBG侧平面与纤芯中心的距离,a是
都是实验方面的,而几乎没有理论分析方面的。这
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