光纤Bragg光栅温度与应变传感实验：原理与应用

"光纤光栅温度和应变传感实验" 光纤光栅传感器是一种基于光纤的高效传感设备，尤其在温度和应变检测方面表现卓越。光纤Bragg光栅（FBG）是这种传感器的核心组成部分，它利用了光纤的光敏性质，通过在光纤纤芯中创建一个周期性折射率变化的结构。当光纤受到特定波长和强度的紫外线照射时，其内部折射率会形成周期性调制，使得光在特定波长（即布拉格波长）上发生反射。这种调制的周期直接影响光栅的反射波长，因此，当环境温度变化或光纤受到应变时，布拉格波长会随之漂移。 本实验主要关注FBG在温度和应变监测中的应用。实验中，我们利用FBG的这一特性，通过测量在不同温度或应变条件下FBG中心波长的变化，来获取环境参数的变化。实验设备包括光谱仪，用于精确测量反射光的波长；布拉格光栅，作为核心传感器元件；宽带光源，提供入射光；以及光纤环形器，确保光路的正确配置。 实验步骤中，首先会设定不同的温度或施加不同程度的应变，然后观察并记录对应的布拉格光栅中心波长的变化。通过收集这些数据，我们可以建立温度或应变与中心波长漂移的关系曲线，进一步得到两者之间的线性函数关系。这种线性关系对于理解和优化传感器性能至关重要。 光纤光栅传感器在电力系统、结构健康监测、石油钻探等领域有广泛应用，特别是在电力系统中，由于其抗电磁干扰、长距离传输性能良好，常用于温度在线监测。为了降低成本并提高便携性，研发高灵敏度的解调系统是当前研究的焦点。 光纤光栅的种类主要有两种：短周期光栅（FBG）和长周期光栅（LPFG）。FBG反射来自光纤纤芯的导模，而LPFG则可将导模耦合到包层模中，两者在不同的应用场景中有各自的优点。制备FBG通常采用紫外曝光法，这是一种经典的制备技术，但也有其他方法如电化学腐蚀和热写入等。 光纤光栅传感实验不仅涉及物理原理的理解，还涵盖了实验技能的实践，是电子科学与技术等专业学生掌握先进传感技术的重要课程。通过这样的实验，学生可以深入理解光纤光栅的工作机制，并掌握其在实际应用中的温度和应变测量技术。