超低温条件下光纤光栅温敏系数标定

金凯; 丁莉芸; 郭会勇; 陈港川; 胡勇

doi:10.37188/OPE.20223001.0056

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超低温条件下光纤光栅温敏系数标定

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-12

- 超低温条件下光纤光栅温敏系数标定
- Calibration of temperature-sensitivity coefficient of fiber Bragg grating at ultra-low temperature
- 光学精密工程 2022年30卷第1期页码：56-61
- 作者机构：
  
  武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室，湖北武汉 430070
- 作者简介：
  
  金　凯（1995-），男，陕西咸阳人，硕士研究生，2018年于山东理工大学获得学士学位，主要从事光纤光栅传感技术方面的研究。E-mail： jinkai0822@163.com
  郭会勇（1974-），男，湖北武汉人，博士，副研究员，博士生导师，1997年于西南科技大学获得学士学位，2004年于武汉理工大学获得硕士学位，2007年于中国科学院获得博士学位，主要从事光纤光栅传感技术方面的研究。E-mail： ghylucky@whut.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(61975157;61775173;61735013;6197031169);国家重点研究与发展计划(2017YFB0405500)
- DOI：10.37188/OPE.20223001.0056
  中图分类号： TN253;TP212
- 收稿：2021-02-26，
  
  修回：2021-04-23，
  
  纸质出版：2022-01-15
- 稿件说明：
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金凯,丁莉芸,郭会勇等.超低温条件下光纤光栅温敏系数标定[J].光学精密工程,2022,30(01):56-61.

JIN Kai,DING Liyun,GUO Huiyong,et al.Calibration of temperature-sensitivity coefficient of fiber Bragg grating at ultra-low temperature[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(01):56-61.
金凯,丁莉芸,郭会勇等.超低温条件下光纤光栅温敏系数标定[J].光学精密工程,2022,30(01):56-61. DOI： 10.37188/OPE.20223001.0056.

JIN Kai,DING Liyun,GUO Huiyong,et al.Calibration of temperature-sensitivity coefficient of fiber Bragg grating at ultra-low temperature[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(01):56-61. DOI： 10.37188/OPE.20223001.0056.

摘要

为了解决超低温环境下光栅温敏系数标定的可靠性问题，将参考温度计探头和光纤布拉格光栅传感器封装在自主设计的非接触液氮冷却方式的测温模具中，在93～293 K的超低温环境下进行标定实验探究，并利用裸栅的温敏系数和涂层的热膨胀系数来验证本实验设计的可信性。实验结果表明，参考温度计的初始最大温变速率为1.8 K/min，有效降低了测温模具的温变速率，改善了参考温度计与被标光栅之间的温度一致性。裸栅的低温非线性效应导致其温敏系数从9.18 pm/K@293 K降到2.19 pm/K@93 K，室温下有机改性陶瓷材料的热膨胀系数为3.7×10

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，单边厚度为50 μm的有机改性陶瓷涂层的温敏系数为4.43 pm/K，该涂层光栅在93 K时的温敏系数为7.17 pm/K，显著提高了测温光栅的温敏系数和线性度。

Abstract

In order to address the limitation of poor reliability of temperature-sensitive coefficient calibration of grating in an ultra-low temperature environment， a reference thermometer probe and fiber Bragg grating sensor were encapsulated in a self-designed non-contact liquid-nitrogen-cooled temperature measuring mold， and calibration experiments were conducted at ultra-low temperatures ranging from 93 K to 293 K. The thermal sensitivity coefficient of the bare grating and thermal expansion coefficient of the coating were used to verify the credibility of the experimental design. The experimental results indicate that the maximum initial temperature change rate of the reference thermometer is 1.8 K/min， which effectively reduces the temperature change rate of the temperature measuring mold and improves the temperature consistency between the reference thermometer and labeled grating. The test results are in good agreement with those of comparable studies. The temperature sensitivity of the bare grating decreases from 9.18 pm/K@293 K to 2.19 pm/K@93 K due to its low temperature nonlinearity. The thermal expansion coefficient of organic modified ceramic （ORMOCER） is 3.7×10

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at room temperature. The temperature-sensitivity coefficient of one layer of the ORMOCER coating with a thickness of 50 μm is 4.43 pm/K. At 93 K， the temperature-

sensitive coefficient is 7.17 pm/K， the temperature-sensitivity coefficient and linearity of the coating grating are significantly improved.

关键词

Keywords

references

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