Квазираспределенный оптоволоконный измеритель температуры на основе волоконных брэгговских решеток с металлическим покрытием

Abstract

Волоконная брэгговская решетка (ВБР) в качестве многофункционального оптического чувствительного элемента имеет ряд преимуществ, таких как нечувствительность к электромагнитному воздействию, высокая точность и малый объем, что обеспечивает широкий спектр ее применения. На основе разработанной математической модели исследована чувствительность ВБР с металлическим покрытием из никеля, алюминия и меди в интервале температур от −140 до +200 °С. Установлено, что температурная чувствительность ВБР не является постоян ной. Это обстоятельство обусловлено нелинейной зависимостью эффективного показателя преломления волокна и коэффициента теплового расширения металла от температуры. Наибольший сдвиг центральной длины волны отраженного от ВБР излучения зафиксирован для ВБР с алюминиевым покрытием. Показано, что в диапазоне температур от −140 до 0 °С чувствительность металлизированных ВБР повышалась от 6 до 37 пм/°С, в диапазоне температур от 0 до +200 °С она увеличивалась от 37 до 59 пм/°С. У ВБР с металлическим покрытием чувствительность в 3,5– 4,0 раза выше, чем у ВБР с полимерным покрытием. Выявлено, что для эффективного увеличения чувствительности датчика толщина металлического покрытия ВБР не должна превышать 200 мкм. Для формирования квази распределенного волоконно-оптического датчика с использованием широкополосного оптического усилителя со спектральной полосой усиления 80 нм возможно на одном волоконном световоде интегрировать до шести металлизированных ВБР при условии, что спектральный интервал сдвига центральной длины волны отраженного от каждой ВБР излучения не будет накладываться в температурном интервале измерений. Способность датчика работать в большом диапазоне температур открывает широкие возможности для его применения в различных отраслях промышленности и решения прикладных задач, если электрические измерения нецелесообразны или небезопасны.