温度对光纤光栅传感器性能影响的实验研究与机制解析

本文主要探讨了温度对光纤布拉格光栅（FBG）传感器性能的影响及其蜕化机理，特别是在结构健康监测中的应用。光纤布拉格光栅作为一种敏感的光学传感器，其性能稳定性在极端环境条件下如高温和高压下会受到影响，这对整个监测系统的工作精度至关重要。研究者首先基于光纤光栅传感器的温度传感原理，深入剖析了温度变化如何导致传感器性能的退化。 温度的变化会影响光纤中的光传播特性，包括折射率分布和光束的模式。对于普通FBG传感器，随着温度的升高，由于材料热膨胀和光学效应，可能导致反射光谱峰值降低，这是因为光栅周期的微小变化会影响到光的反射和干涉。随着温度循环次数的增加，这种影响会更加显著，可能表现为传感器灵敏度下降或信号漂移。 然而，特别关注的是，如果在刻写过程中，FBG传感器的光纤中还含有少量氢分子，这些氢分子在高温下会发生扩散，进一步影响光栅的形成和性能。在这种情况下，除了反射光谱峰值的降低，还可能出现中心波长的蓝移现象，即波长向短波长方向移动，这可能是由于氢分子的吸收作用改变了光的传播路径。 为了验证这些理论，研究者进行了软件仿真和实际的温度循环实验。通过这些实验，他们观察并量化了不同FBG传感器在不同温度条件下的性能变化，从而得出了温度对传感器性能蜕化影响的具体规律。实验结果表明，温度对FBG传感器性能的影响并非单一，而是与其自身的质量参数紧密相关，包括材料的热膨胀系数、折射率敏感度等。 总结来说，本文的研究对于理解和优化光纤光栅传感器在结构健康监测中的应用具有重要意义，为提高其在恶劣环境中的可靠性和稳定性提供了科学依据。未来的研究可以进一步探索如何通过材料选择、结构设计或者后处理技术来减缓或抵消温度对FBG传感器性能的影响，以提升其在实际应用中的适应性和长期稳定性。