单模光纤宏弯损耗的温度响应特性

为了实现光纤宏弯温度传感,对单模光纤宏弯损耗的温度响应特性进行了理论与实验研究.理论上对单模光纤宏弯损耗理论公式进行了温度修正.基于该公式模拟了波长、弯曲半径以及温度对纤芯-无限包层结构单模光纤宏弯损耗性能的影响.设计制作了一种带吸收层和镍保护层的单模光纤宏弯温度传感探头并进行了温度传感性能实验测试.结果表明:纤芯-无限包层结构单模光纤宏弯损耗对弯曲半径、波长和温度变化较为敏感,与温度之间的响应呈线性,该探头的温度分辨率为0.4℃;通过减小弯曲半径和提高光源波长,可进一步提高其温度灵敏度和分辨率.该结构光纤可近似看作纤芯-无限包层结构光纤,用于开发光纤宏弯温度传感器.

温度修正的单模光纤宏弯损耗特性理论分析

为了研究单模光纤宏弯损耗特性与温度变化的关系,文章根据Faustini L提出的理论公式进行了热光效应和热膨胀效应修正,基于该公式对温度影响下的纤芯—包层—无限涂覆层结构SMF28和1060XP单模光纤宏弯损耗分别进行了仿真分析,探究了温度、波长和弯曲半径等因素对单模光纤宏弯损耗特性的影响,并得到两种单模光纤与温度之间的线性拟合结果。研究结果表明,宏弯损耗随弯曲半径的减小而增大,随波长的增大而增大,随温度的升高而减小;当弯曲半径和波长一定时,宏弯损耗与温度之间具有单调性;增大弯曲圈数可有效增加其对温度的灵敏度。

聚酰亚胺涂覆的光纤宏弯温度传感器

为了提高光纤宏弯温度传感器的性能,提出了一种基于聚酰亚胺(PI)涂覆的新颖光纤宏弯温度传感器。利用基于纤芯-包层-无限涂覆层结构的光纤弯曲损耗-温度测量方法确定了传感器的光纤弯曲半径,将PI薄膜涂覆在1060-XP光纤包层外获得了新型的光纤宏弯温度传感器。该传感器的温度传感实验结果表明,PI涂覆不仅能提升光纤的机械性能和耐热性,还可实现温度灵敏度和温度测量分辨能力的显著提高。该新颖的光纤宏弯温度传感器可实现-20~100℃的宽温测量范围,温度灵敏度为0.072 dB/℃,分辨能力为0.14℃。与其他光纤宏弯温度传感器相比,所设计的传感器的温度传感性能显著提高。