光纤布拉格光栅温度传感增敏特性的实验研究

分别以铜、铝、有机玻璃、聚四氟乙烯为实验衬底材料,对采用片式粘敷封装技术的光纤布拉格光栅温度传感增敏特性进行了实验研究。研究结果表明,当对两侧尾纤有涂覆层的光纤布拉格光栅进行封装时,其温度灵敏系数分别是裸纤情况下的2.3倍、2.9倍、5.2倍、11.7倍。然而,粘敷材料在较高温度时显著的热膨胀会引起光纤包层与涂覆层发生一定的脱离,导致此时其实验结果重复性不甚理想。为了克服这种不利情况,对尾纤无涂覆层的光纤布拉格光栅进行了封装测试。在测试温度范围内,其反射波长随温度的变化始终呈现良好的线性关系,其温度灵敏系数分别提高到了3倍、3.4倍、9.2倍、12.6倍,测量结果重复性良好。研究结果为将来片式封装光纤布拉格光栅传感器的温度增敏特性的研究,提供了必要有益的数据支持和参考。

低温下FBG-GMM光纤磁场传感性能与增敏的实验研究

超磁致伸缩材料(Giant magnetostrictive material,GMM)是一种响应快、应变大、能量密度高的新型功能材料,广泛应用于传感、能量转换等关键元器件中。特别是在某些实际应用中(例如航天器服役环境),GMM需要工作于低温环境,其低温下的力-磁行为越来越引起人们的关注。本文基于实验室自主搭建的低温力-磁加载实验装置,利用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)低温应变测量方法与GMM磁致伸缩特性,开展了磁致伸缩-光纤光栅磁场传感结构在两种低温环境273K和77K下的力-磁特性实验,获得了GMM在预应力和外加磁场下的应变特征。研究结果表明:温度对GMM力-磁性能有显著影响,相对于室温(293K)和273K,GMM在77K下的磁致应变减小一个数量级;预压力对GMM磁致伸缩增强效果大大减弱。进一步,采用FBG测试部分的悬空结构设计,实现FBG-GMM磁场传感器性能的有效增敏,相比传统粘贴型FBG磁场传感器,测量敏感系数提高约7倍,可用于低温环境下的磁场高灵敏监测。