on optical fiber waveguides: Applications to reflection filter fabrication[J]. Appl. Phys. Lett. 1978(32): 647-649. ［２］ Webb D J, Surowiec J, Sweeney M, et al. 1996
（７）
式（７）为应变和波长漂移量的传递关系。
（３）位移传感器悬臂梁长15cm，光纤光栅距 离悬臂梁自由端距离为10cm；
（４）位移传感器悬臂梁长20cm，光纤光栅距 离悬臂梁自由端距离为5cm；
３ 实验研究 位移传感器的精度与量程同时受悬臂梁主梁长 度和光纤光栅在主梁上的位置的影响。用游标卡尺 定标，精度为0.02mm，每次使悬臂梁自由端变化 1mm，分别测量出悬臂梁上下两个表面所粘贴的 FBG的波长漂移量，经过差分计算，拟合出位移与 FBG中心波长漂移量的关系式。 采用游标卡尺（精度为0.02mm）和FBG D-210型
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悬臂梁结构光纤光栅温度自补偿位移传感器实验研究
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
祝睿雪， 景锐平， 王雪成， 佘智磊， Zhu Ruixue， Jing Ruiping， Wang Xuecheng， She Zhilei 中国地质大学 武汉数学与物理学院
电子技术 Electronic Technology 2013(5) 1次
2005,24(1):22-24. ［４］ 孙训方，方孝淑，关来泰．材料力学（第４版）［Ｍ］． 北京：高等教育出版社,2002. ［５］ 饶云江，王义平，朱涛，等．光纤光栅原理及应用［Ｍ］． 北京：科学出版社,2006,8. ［６］ 沈洋，孙利民．高灵敏度温度自补偿型光纤光栅 加速度传感器设计［Ｊ］．结构工程师,2009,25(2):
基金项目： 中国地质大学（武汉）中央高校基本科研业务费 专项资金资助项目 项目编号 1210491B11
从表中可以看出，此位移传感器的线性区间最 大为16mm，线性相关系数最好可达到0.9995；在悬 臂梁长度一定时，光纤光栅越远离悬臂梁自由端， 其灵敏度越高；当光纤光栅距离悬臂梁自由端的距 离一定时，悬臂梁越长，其灵敏度越低。
０ 引言 自从1978年K.O.Hill等人首次在锗硅光纤上用驻 波持续曝光制作成第一个光纤布拉格光栅（FBG） 以来［１，２］，FBG的应用研究引起了全世界学者的广泛 关注。光纤光栅传感器的材料优势及传感优势使 FBG传感技术近年来引起人们极大的兴趣。在光纤 光栅传感方案中，温度补偿的准确性和可靠性对测 量结果的准确性有非常大的影响，要做到合理准确 又有效的温度补偿，只能通过单个传感器的温度自 补偿来实现［３］。本文在FBG的传感机理上，依据悬 臂梁结构提出一种位移传感器方案，此方案结构简 单、运行稳定，且能够实现温度补偿与减小外界干 扰的作用，获得较高的灵敏度。
引证文献(1条)
1.赵明富,王念,罗彬彬,施玉佳,曹李华 可同时测量蔗糖浓度和温度的组合光纤光栅传感器[期刊论文]-中国光学 2014(03)
引用本文格式：祝睿雪.景锐平.王雪成.佘智磊.Zhu Ruixue.Jing Ruiping.Wang Xuecheng.She Zhilei 悬臂梁结构光纤光栅温度自补偿位移
（２） 式中， 为轴向应变，Pe为弹光系数，a∧为光纤的 热膨胀系数，an表示热光系数，ΔT为温度的变化量。
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光电子技术 Optoelectronic Technology
温度自补偿原理为，当采用双光栅差分式分布 在梁上下表面时，两根光栅中心波长的变化方向是 相反的。两根光栅封装方式完全一样，热膨胀系数 与热光系数均相同，长度一致，且两者应变等幅反 向，即有：
（５）位移传感器悬臂梁长20cm，光纤光栅距 离悬臂梁自由端距离为10cm；
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光电子技术 Optoelectronic Technology
（６）位移传感器悬臂梁长20cm，光纤光栅距 离悬臂梁自由端距离为15cm
Miniature fiber optic ultrasonic probe[C]// Proc.SPIE 2839: 8 ［３］ 董兴法，班建民，黄勇林，等．一种新颖的纤栅式 微振动传感器的温度补偿方法［Ｊ］．传感器技术，
光电子技术 Optoelectronic Technology
10.3969/j.issn.1000-0755.2013.05.024
悬臂梁结构光纤光栅温度自补偿位移传感器 实验研究
祝睿雪 景锐平 王雪成 佘智磊 （中国地质大学（武汉）数学与物理学院）
摘 要：以悬臂梁为基本构架，以FBG为敏感元件，设计了一种新型的具有温度自补偿特性的FBG位移 传感器方案。对悬臂梁进行分析，推导出位移传感器的传递函数，然后对其定标并实际测量，得到了传感 器线性度和灵敏度同悬臂梁长度以及光纤布拉格光栅的位置之间的关系，并从结果看出本传感器精度高， 运行稳定，且有好的重复性，线性范围最大为16mm。
４ 结语 本传感器方案结构简单、线性度好、抗外界干 扰能力强。最大线性区间为16mm，线性相关系数最 好可达到0.9995。但光纤光栅位移传感器的灵敏度 与线性度不能够同时达到最好，使用时可以根据实 际需要兼顾考虑，此方案和实验结果有很好的实用 性与使用前景。
参考文献： ［１］ Hill K O, Fujii F, Johnson D C et al. Photosensitivity
141-146．
通过对实验得到的定标数据进行处理与总结， 得到本方案位移传感器的传递函数及其线性范围如 下表所示：
作者简介： 祝睿雪（１９９２－）女，中国地质大学（武汉） 景锐平（１９８３－）男，中国地质大学（武汉），硕 士；研究方向：光电检测与自动控制。 电子信箱：jingruiping@ 联系地址：湖北省武汉市洪山区鲁磨路３８８号， 中国地质大学数理学院 ４３００７４
１ 原理 基本结构原理为，图１为矩形悬臂梁基本结构， 梁长为L，梁轴线的曲率为 ，梁的轴线称为挠度 线，则曲线上任一点 处在外力F作用下的纵坐标 即为该点的挠度［４］，传振原理为，当自由端有静挠 度y时，距离固定端为 的截面处的静挠度 ：
（１）
参考文献(6条) 1.Hill K O;Fujii F;Johnson D C Photosensitivity on optical fiber waveguides:Applications to reflection filter fabrication 1978(32) 2.Webb D J;Surowiec J;Sweeney M Miniature fiber optic ultrasonic probe 1996
关键词：光纤光栅；悬臂梁；位移传感器；传递函数；温度自补偿
Experimental Study on Cantilever Beam Structural FBG Displacement Sensor with Temperature Self-Compensation
Zhu Ruixue Jing Ruiping Wang Xuecheng She Zhilei (School of Mathematics and Physics, China University of Geosciences (Wuhan)) Abstract: Based on a cantilever beam structure, a new scheme of FBG temperature self-compensation displacement sensor is designed using FBG as the sensitive element. The transfer function of the displacement sensor is derived by analyzing the cantilever beam, and then the calibration and actual measurement of it carried out. The relation between accuracy and linearity of the sensor, and the length of cantilever beam and the location of FBG is got. The results show that the sensor has high precision, stable operation, reliable repeatability, and a linearity up to 16mm. Key words: FBG; cantilever beam; displacement sensor; transfer function; temperature self-compens以看出 的截面处的静挠度 与梁长 L和距离固定端距离 都有关系，且在L一定时， 越 小， 越大，在 一定时，L越大， 越小。
FBG传感原理为，光纤光栅在受到外界因素如 温度、应力等的影响时，其光栅周期和纤芯的有效 折射率会发生改变，故其中心波长总是随着外界环 境参数的变化而变化，那么检测中心波长的变化量 就可以反映出外界环境中应力或是温度的改变量， 光纤光栅中心波长产生的漂移为［５］：
3.董兴法,班建民,黄勇林,张伟刚,开桂云,董孝义 一种新颖的纤栅式微振动传感器的温度补偿方法[期刊论文]-传感器技术 2005(1)
4.孙训方;方孝淑;关来泰 材料力学(第4版) 2002 5.饶云江;王义平;朱涛 光纤光栅原理及应用 2006
6.沈洋,孙利民 高灵敏度温度自补偿型光纤光栅加速度传感器设计[期刊论文]-结构工程师 2009(2)
便携式光纤光栅解调仪（精度为1pm）对该仪器的输 出光波波长和悬臂梁自由端位移量之间的关系进行 测量。温度计（精度为0.1℃），用来测量环境温度。 以下对位移传感器定标时的环境温度为12℃。