光纤布喇格光栅的低温传感特性研究

李博文，刘颖刚，宋小亚，傅海威，贾振安，高 宏

(西安石油大学 陕西省油气资源光纤探测工程研究中心,陕西省油气井测控技术重点实验室，陕西 西安710065)

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随着光纤制造产业的快速发展，光纤布喇格光栅(FBG)获得巨大发展，为FBG在光纤传感领域的研究和应用提供了广阔的空间[1-2]。与传统传感器相比，FBG具有体积小，质量小，抗电磁干扰及易集成等优点，在航空航天、医用医学、环境监测方面得到了广泛应用[3-5]。迄今为止，科研工作者已研制出基于FBG的用于温度、振动、流量、压力等单点式传感或分布式传感的光纤传感器[6-10]。

在众多物理量的传感测量应用中，基于FBG的温度传感器得到了研究者的特别关注，发展更迅速。因无涂覆的裸FBG在室温以上的温度灵敏度较低(通常在0.009～0.013 nm/℃)和较高的线性响应，研究者提出了如入膜片粘贴、温敏材料物封装等增敏方法，在保持线性响应特性的前提下提高FBG的温度响应灵敏度，拓展FBG的使用范围[11-12]。但是相关研究主要集中在室温以上的温度环境中，对室温，特别是0以下的FBG的研究相对较少。

任何材料的特性都会受环境温度影响。而FBG是通过改变光纤纤芯内部的折射率分布形成的特殊光学效应，在25～100 ℃时，纤芯材料的热光系数和热膨胀系数可被看成常量，导致反射波长随温度线性漂移。当环境温度低于0时，材料的热光系数和热膨胀系数会发生变化，线性漂移的特性和灵敏度大小是否会被改变，这对研究FBG的封装增敏技术非常重要，在实现高灵敏高线性度FBG的温度传感检测中具有重要意义。……