基于紫外刻寫相移光柵的溫度應力同時測量傳感器

（中國飛行試驗研究院測試所，陜西 西安 710089）

引言

光纖光柵具有體積小、質量輕、成本較低等特點，常用于測量環境溫度及應力變化[1-2]。目前，光纖光柵傳感在航空航天、化工石油、民用工程等領域已經有了廣泛的應用[3-7]。例如，在航空航天方面，將光纖光柵傳感器形成溫度傳感網絡，監測飛行器在飛行過程中機身各部位的溫度狀況[8]，既可以實現實時檢測，又減輕了加裝傳統傳感器給機體帶來的重量負擔；在化工石油方面，光纖光柵適用于井下傳感，可以測量鉆井過程中絞盤頭的幅度變化，也可以用來測試索鏈棒的強度疲勞狀態[9]；而民用工程中經常利用光纖光柵傳感器進行結構監測，通過將光纖光柵傳感器貼附于現存結構表面或埋入結構內部的方法，可以對建筑物的結構進行實時測量，監視結構缺陷的形成及生長[10]。

然而，傳統的光纖光柵傳感器具有對溫度應力交叉敏感的問題，因此無法將溫度與應力的改變加以區分，這使得多參數同時測量變得困難。因此，若使用傳統光纖光柵傳感器測量溫度變化，則必須控制光柵所受應力不變，測量應力時亦然。為了克服這一問題，人們提出了多種解決方案。例如，將一個額外的、對應力不敏感的布拉格（FBG）光柵作為溫度傳感器來測量應力傳感器附近的溫度變化[11]，從而實現應力測量中的溫度補償，但是這種方法存在一定的誤差，并且需要在測量點放置多根光柵，具有一定的繁瑣性；Cavaleiro PM 等于……