一种新型LPFG传感器原理及应用研究

光纤光栅传感技术是光学传感技术中最具应用价值和应用前景的新技术，在这一技术领域,可实现应力、温度等物理量传感检测的新型LPFG传感器的原理性研究是目前国内外研究的热点，而有效解决LPFG传感器在检测中存在的物理量交叉敏感问题是其走向实用的关键。本项目基于LPFG对包层周围介质折射率的敏感特性，提出了一种可使得LPFG的谐振峰发生发裂，从而可有效解决LPFG传感器的交叉敏感问题的双段四层折射率横向分布结构的新型LPFG传感器，并利用耦合模理论、传输矩阵和数值计算方法对此LPFG传感器进行系统和较为精确的理论分析，同时，通过对该结构传感器的传感机理和传感特性的深入的实验研究和理论分析，开发出一种可有效解决LPFG交叉敏感问题的实用的LPFG传感器。

光纤光栅传感技术是光学传感技术中最具应用价值和应用前景的新技术，而在这一技术领域,可实现应力、温度等物理量多参量传感检测的新型结构长周期光纤光栅（LPFG）传感器的开发和研究是目前国内外研究的热点。本项目基于LPFG对包层外介质折射率和厚度的敏感性，提出一种双段横向分布结构的新型LPFG传感器的设计，并利用耦合模理论和传输矩阵方法建立了传感器的理论模型。由理论公式可知，在纤芯和包层材料折射率及纤芯直径确定的情况下，新型LPFG传感器的透射谱与镀层材料折射率、镀层厚度和镀层长度等结构参数密切相关。. 采用Mathcad2001计算软件在一定参考数值的支撑下，分析了镀膜材料折射率、膜层厚度和镀层长度对新型LPFG传感器光谱特性的影响。软件仿真结果证明，这种LPFG由于结构设计上的特殊性，将使LPFG的谐振峰发生分裂，即一个透射峰分裂为两个。两个分裂峰间距与镀层材料折射率、镀层厚度和镀层长度关系密切，且存在最佳值。我们首先对FBG进行了双段TiO2薄膜包覆，积累了一定的镀膜经验和数据，为下一步LPFG的镀膜提供了较好的实验基础。. 此外为了达到项目研究目的，还对半腐蚀长周期光纤光栅传感特性进行了研究，发现随着腐蚀段包层半径的减小，两个分裂峰谐振波长之间距离增大，模式越高间距越大。同时利用实验实现了应变和温度的同步测量，得到应变和温度的传感精度分别为±8.9 uε和1.4℃。