1、PDF外文：http:/ 2500 字 出处： Yu X, Yu Y, Zhang M, et al. Measurement of the three-dimensional thermal expansion coefficients of Beryllium using fiber Bragg grating sensorsJ. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2006, 6027:1051-1056. 用光纤 布拉格光栅的三维热膨胀系数测量铍 余秀娟
2、 1,2，于友龙 1,3，彭宝金 2,4，张明 2，廖延彪 2，赖荣书 2 1 纤维光学研究所，黑龙江大学，哈尔滨，中国； 2 电子工程系，清华大学，北京，中国； 3 光电电子工程，暨南大学，广州，中国； 4 光学信息，浙江师范大学，浙江学院，江苏。 摘要 :光纤布拉格光栅是简单的，内在的传感元件，可光刻在石英光纤。它具有许多优点，为不同的应用是有用的。在本文中，我们报道了利用光纤布拉格光栅测量铍的三维热膨胀系数的实验结果（ FBG）传感器在一个大的温度范围 -50 和+150。三个 FBG 传 感器被粘接材料的表面上在 X， Y 方向， Z 测
3、量三维的热膨胀系数和参考 FBG 传感器来补偿温度变化。实验结果表明，它可以在恶劣的环境中使用。 关键词： 光纤布拉格光栅传感器，三维的热膨胀系数，温度 1、 前言 热膨胀系数是一个重要的材料参数。一些传统的电测量方法的热膨胀系数的报道 1， 2， 3 ，如电阻应变仪的使用，电荷耦合器件（ CCD）的方法，串线等。然而，这些方法是不适合测量一维热膨胀系数在恶劣的环境时的，温度超低的传感器易受温度的影响和电磁干扰、不耐腐蚀。光纤光栅传感器具有许多优点，与传统的电传感器相比，如重量 轻，敏感的应变和温度的变化，功耗低，抗腐蚀和疲劳，以及抗电磁干扰。光纤光栅传感器
4、也可以很容易地粘结材料的表面上或嵌入在结构测量的热膨胀系数，不影响结构的结构完整性本身。此外， FBG 传感器沿单一的光纤分布式传感技术在大面积上可以很容易地重复使用 。本文利用光纤光栅传感器的温度范围内从 -50 + 140测定铍的三维热膨胀系数的实验原理。 2、 原理 光纤布拉格光栅（ FBG）是一个永久性的，其中横向接触到光纤芯的折射率周期性的扰动，延伸超过纤维的长度是有限的。光栅具有周期，折射率的幅度和长度。这种周期性结构作为光沿 光纤线路的滤波器。它具有反射预定波长范围的光，这种光围绕一个中心峰值波长值。 这个值，布拉格波长 B，如下 4 ： &n
5、bsp; B = 2neff neff 是有效折射率光栅区域 ， 是周期光栅折射率调制 布拉格波长的应变和温度引起的变化如下： = (1 P ) + ( + )T Pe 是应力光学张量有效普克尔系数， 是对纤维材料的热膨胀系数，和 光纤热光系数。 对于给定的纤维， Pe， ， 是常量，所以方程（ 2）可以表示如下： 对石英光纤，其中 K ， KT 分别应变和 温度的敏感性。 K 0.78 10-6/ KT 6.67 10-6/ . 显然
6、，从方程（ 2）中得知 FBG 对应变和温度敏感，所以它是必要的补偿对于用光纤光栅传感器测量应变时由温度变化引起的布拉格波长的漂移。在我们的实验中，用一个参考光栅是用来分离温度的影响。该参考光栅位于与其他三个 FBG传感器相同的热环境，（三个 FBG 传感器）他们粘贴在材料的 3 个表面上。由温度变化引起的波长偏移可以从粘贴在材料表面上的传感器获得的总波长偏移中减去。 假定粘结材料的表面上的传感光栅的布拉格波长 B1，这是由温度和应变共 同的影响，同时参考 FBG 的仅受温度的影响的布拉格波长 B 2，我们可以得到以下方程：
7、 在我们的实验中，我们使用 600 多进制胶，它适合于高精度光纤布拉格光栅应变测量。这保证了材料表面测量时能够完全的发送其扩张到 FBG 传感器。对于我们使用的石英光纤，该材料的热膨胀系数 等于 / T。 K 0.78 10-6/ =0.78/ 5。 因此 ： 3、实验装置和结果 实验装置如图 1 所示。使用一个宽带光源。光束通过一个隔离， F-P 可调谐滤波器， 1 4 光耦合器，然后直接进入 FBG 传感器阵列的四通道。一个通道作为参考
8、FBG 传感器和其他传感器的测量。反射的光从光纤光栅传感器被引入到电子处理器件。图 2 显示了测量三维热膨胀系数的原理图。三光纤光栅传感器结合在X， Y 方向的立方材料铍不同表面， Z.在 X， Y 方向的 FBG 传感器的布拉格波长，X， Y， Z 分别为 1547.535， 1548.268 和 1548.213nm，这不是由所施加的应变在30房间温度的影响。参考 FBG 传感器的布拉格波长 1555.031nm。在实验中，我们使用多进制 600胶操作温度之间的 -269 和 +370对试件表面粘贴光纤光栅传感器。参考 FBG 位于靠近在相同的热环境的物质，由钢管保护。 图 1、 光纤光栅传感器的解调方案
