[发明专利]一种通过腐蚀得到不同直径光纤光栅来同时测量温度和应力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过腐蚀得到不同直径光纤光栅来同时测量温度和应力的方法。

背景技术

光纤技术的飞速发展促使以光纤光栅为基础的光纤光栅传感器正成为传感器研究领域中的一大热点。目前国内外研究较多的是在普通光敏单模光纤中写入的光纤光栅，这种光纤光栅在实际应用中存在着难以消除的温度、应力交叉敏感问题，该问题严重影响着光纤光栅在传感领域的应用。

根据光耦合模理论，光纤光栅的中心反射波长为：

λ_B=2n_effΛ            （1）

其中，n_eff代表光纤中光场传输模式的有效折射率，Λ代表光纤光栅的空间周期。由公式（1）我们可以知道，中心反射波长是随n_eff和Λ两个参量变化的。应变会引起光纤中的弹光效应和光纤光栅周期的变化，温度会引起光纤中的热光效应以及热膨胀效应等，而这些效应都会共同的影响到光纤的n_eff和Λ两个参量。如果我们将应变Δε和温度变化ΔT同时作用时光纤光栅的中心波长偏移量写为：

Δλ_B=K_εΔε+K_TΔT    （2）

其中K_ε为光纤光栅的应变灵敏度，K_T为光纤光栅的温度灵敏度。根据公式（2）我们可以看出，当应变和温度同时发生变化时，光纤光栅无法区分到底是因为哪个因素造成的波长漂移。该问题即为光纤光栅的交叉敏感问题。为了克服交叉敏感效应，实现温度和应力的同时准确测量，人们提出了许多种技术方案。其方案的本质都在于，引入两个或者多个光栅，采用不同的方法使得K_ε（应力灵敏度）和K_T（温度灵敏度）不同，这样当温度和应力同时变化时，可以写出两个如公式（2）的方程，

ΔλB1=Kϵ1Δϵ+KT2ΔTΔλB2=Kϵ2Δϵ+KT1ΔT---(3)]]>

其中Δε（应力变化量）和ΔT（温度变化量）为未知量，其余量均可测量得到。这样，系数不同的一个二元一次方程组，通过求解即可分别得出应力和温度变化量。下面简要的介绍三种方案。

两个或者两个以上光纤光栅组合。通过在光纤的同一点上写入不同中心波长的光纤光栅，同种纤芯材料、不同光栅常数的光纤光栅，相当于两个光纤光栅的温度灵敏度系数和应力灵敏度系数不同。当外部环境的温度和应变同时发生变化时，两个光纤光栅分别存在一定量的中心波长漂移。