用于同时检测应变、扭转和温度的多模光纤布拉格光栅传感器 - 硫系玻璃 | 宁波大学红外材料及器件实验室
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用于同时检测应变、扭转和温度的多模光纤布拉格光栅传感器
作者: irglass 时间: 2024-06-14 浏览:191 次

       近日,我室研究生许家栋(第一作者)和张培晴研究员(通讯作者)在Optics and Laser Technology(IF=5)期刊上发表了题为“Multi-mode fiber Bragg grating for simultaneous detection of strain, torsion and temperature”的论文。

       文章链接:https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2024.111293

       光纤传感器因其诸多优点被广泛应用于土木工程、生物医药、化学传感、环境监测等多个行业。然而,在具有挑战性的环境条件下,光纤传感器会受到各种环境因素的影响,可能导致信号干扰。检测单个参数已经不足以满足实际情况不断变化的需求。因此在复杂环境中对环境进行多参数检测已成为光纤传感领域的研究热点。多模光纤布拉格光栅与传统的只能产生一个反射峰的单模光纤布拉格光栅不同,其可以产生多个反射峰从而包含了更多的数据量,更便于进行多参量的检测。

       本文提出了一种多模光纤(MM-FBG)的光纤布拉格光栅传感器如图1。该传感器可以同时检测温度和扭矩,或应变和扭矩。该传感器通过监测MM-FBG反射峰的中心波长和反射强度,可以同时检测温度、扭转和应变。与传统方法相比,该方法简化了参数表征,减少了信号干扰,提高了实验结果的清晰度。实验结果表明,MM-FBG传感器结构的最大扭转灵敏度为0.571 dBm/◦/cm,温度灵敏度为12 pm/◦C,应变灵敏度为0.7411 pm/με。如图2同时检测的平均应变偏差约为 9.2με,小于2.8%。平均扭转偏差约为 0.071◦/cm,小于1.1%。同时检测平均偏差约为 0.645°C小于1.2%,扭转的平均偏差约为1.04◦/cm小于14.2%。因此,本研究提出的光纤传感器具备多参量传感的能力,在桥梁和隧道结构监测以及土木工程应用方面具有很大的潜力。

图1 (a)传感器制备方法。(b)制备出的多模布拉格光栅光谱

图2 (a)应变-扭转参数同时变化时传感器的反射光谱。(b) 应变-扭转在不同温度和不同扭角范围内同时测量的误差结果。

(c)温度-扭转参数同时变化时传感器的反射光谱。(d) 温度-扭转在不同温度和不同扭角范围内同时测量的误差结果。