CN101201430A - 一种光纤光栅温度补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例用于通过改变设于光纤上的光纤光栅的预应力来补偿温度变化对光纤光栅造成的影响，包括温度补偿机构与光纤有效长度调节机构；所述光纤通过光纤光栅两端的各一个区域作为固定连接点固定于温度补偿机构上，温度补偿机构随着温度的变化改变两个连接点间的距离，进而改变光纤光栅的预应力；来补偿温度变化对光纤光栅造成的影响；所述光纤有效长度调节机构固定于温度补偿机构，用于调节光纤的有效长度。由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，采用本发明的实施例的光纤光栅温度补偿装置，可以对光纤光栅两端的固定位置进行灵活的调整；同时结构紧凑，占用空间小；成本低。

Description

一种光纤光栅温度补偿装置

技术领域

本发明涉及光纤光栅的应用技术领域，尤其涉及一种光纤光栅温度补偿装置。

背景技术

在光纤传感和光纤通信技术中，经常会应用光纤光栅FBG(fibber Bragggrating)做为波长选择器件。在实际应用中光纤光栅是通过对光敏感的光纤用紫外线(UV light)进行干涉曝光，使光纤沿纤心方向产生折射率永久的改变来得到的。

光纤光栅的一个重要的参数就是中心波长，中心波长同光纤光栅折射率和周期有关，具体关系如下：

λ_B＝2n_eff∧    式(1)

式中：

λ_B为光纤光栅中心波长；

∧为光栅周期；

n_eff为光栅折射率。

在实际的应用过程中，随着工作温度的改变，光纤光栅的折射率n_eff会发生明显的变化，表征折射率n_eff随温度变化的参数为光纤物质的热光系数，表达式为：

$\mathrm{\ξ}=\frac{1}{{\stackrel{\‾}{n}}_{\mathrm{eff}}}\frac{d{\stackrel{\‾}{n}}_{\mathrm{eff}}}{\mathrm{dT}}$ 式(2)

式中：

ξ为光纤物质的热光系数；

为光纤光栅的有效折射率；

T为工作温度。

光纤光栅中心波长会随着光纤光栅折射率n_eff改变而改变，也就是说，光纤光栅中心波长会随着工作温度的变化而变化。例如，对于中心波长为1550nm(纳米)的光纤光栅，中心波长随温度漂移量大约为0.013nm/℃，这个漂移量值在光纤传感和光纤通信中会造成测量不准确或通信失败，因此，光纤光栅中心波长会随着工作温度的变化在实际应用过程中应加以控制。

光纤光栅中心波长随温度变化相对变化量的关系表达式可表示为：

Δλ_B＝ξΔTλ_B    式(3)

另外，除工作温度变化对光纤光栅中心波长有影响之外，光纤光栅中心波长还同施加在光栅上的应力有关，表达式为：

Δλ_B＝(1-p_e)ε_zzλ_B    式(4)

式中：

p_e为光纤弹光系数；

ε_zz为光纤受到的轴向得应力。

以光纤光栅受纵向拉伸时为例，对于中心波长在1550nm的光纤光栅，那么光纤光栅弹光效应单位纵向应变引起的波长位移为1.22pm/με(单位为在每微应力下光纤光栅中心波长的漂移值)。

然而，对于给定的光纤光栅，ξ、p_c是确定的，且由式(3)与式(4)可以得出：光纤光栅中心波长同温度和应力的变化均呈线性关系，故可以利用施加在光栅上的应力来补偿光栅受温度的变化，其理想的状态如下式所示：

ξΔT+(1-P_e)Δε_zz＝0    式(5)

由此原理，现有技术中已经公开了两种光纤光栅的温度补偿装置：

现有技术方案一

如图1所示，为美国专利US5042898基于上述补偿原理公开的一种补偿装置，具体采用两种温度膨胀系数不同的金属零件组合成光纤光栅的封装装置。一种金属零件具有较大的热膨胀系数；另一种金属零件作为基体，其热膨胀系数极低。光纤光栅在沿其纤心方向上施加一定的应力后两端分别固定在封装装置中的两种金属零件上，当工作温度变化时，通过改变施加在光纤光栅上的应力来补偿中心波长的漂移。

具体结构如图1所示，光纤10的一部分17包含光纤光栅13，21为补偿结构的第一部分，22为补偿结构的第二部分。补偿结构的第一部分21有一个凹陷部分23，补偿结构的第二部分22有一个突出部分24并伸入到凹陷部分23中。光纤光栅一边粘贴到补偿结构21的桥梁结构25上的连接点26处；另一边粘贴到补偿结构22的突出部分24的连接点27处。两个连接点26与27之间的这一段光纤会随着补偿结构的热胀或冷缩改变其长度，称为“有效光纤”，其长度为光纤的“有效长度”。突出部分24并不与凹陷部分23接触，故光纤光栅是悬空放置的，以防止光栅同金属材料接触对光栅性质产生影响。连接点26与27两点间的距离定义为L3。第一补偿部分21同第二补偿部分22通过固定装置30紧密相连，固定装置30可以是螺丝，在第二补偿部分22的边缘上开有通孔，在第一补偿部分21的连接臂28上相应的部分开螺纹孔，通过螺丝固定第二补偿部22和第一补偿部分21。同时在第一补偿部分21同第二补偿部分22间还设有具有弹性且可形变特性的弹力装置31，当固定装置30拧紧时，弹力装置31在第一补偿部分21同第二补偿部分22间产生弹性力，调整固定装置30可以调整第一补偿部分21同第二补偿部分22之间位置，以此改变L3的长度，进而调整施加在光纤光栅13上的应力，来微调光纤光栅的反射波长。

在此补偿装置中，当温度升高时，利用第一补偿部分21同第二补偿部分22材料的温度膨胀系数的不同，可减小施加在光纤光栅13上的应力；反之当温度减小时，可增大施加在光纤光栅13上的应力。只要对第一补偿部分21同第二补偿部分22选择适当的材料，即可实现利用应力补偿光纤光栅中心波长随温度的漂移。

另外，现有技术一存在如下的缺点：

1、光纤光栅两端的固定位置无法灵活调整，往往需重新粘接，有些情况会造成永久的损坏，致使固定位置不可变；

2、当第一补偿部分21同第二补偿部分22的材料选择同理论，计算有微小差异便会导致温度补偿产生较大的且可能不可控制的误差。

3、结构复杂，占用空间大。

现有技术方案二

如图2所示，为美国专利US5694503基于上述补偿原理公开的一种补偿装置，利用具有负温度系数材料对光纤光栅进行温度补偿。光纤光栅施加一定的应力后粘贴在具有负温度系数的基体材料上，其补偿原理也是通过改变施加在光纤光栅上的预应力进行温度补偿。

具体结构如图2所示，负温度膨胀材料基体11，粘结层12，光纤13，光纤光栅14，覆盖层15(可选)，以及任意的环氧胶固定点16。光栅部分并不同负温度膨胀材料的基体相接以防止对光纤的特性造成影响，粘结层12上开有V形沟槽17用来固定光纤。粘结层12可以选择与负温度膨胀材料基体11相同的材料，也可以选择其他温度系数的材料，但是一定要保证粘贴层同基底保持相对静止，这是为了保证光纤光栅两端固定点16可以随负温度膨胀材料基体11变化而变化。两个固定点16之间的这一段光纤会随着补偿结构的热胀或冷缩改变其长度，称为“有效光纤”，其长度为光纤的“有效长度”。把粘结层12同负温度膨胀材料基体11利用环氧胶16固定，然后把负温度膨胀材料基体11、粘结层12和包含光纤光栅14的光纤13加热到80℃的连接温度，连接温度必须保证高于光纤激光器的最高使用温度。当光纤光栅14加热到80℃的连接温度时，光纤光栅受热膨胀，其上折射率发生变化。在80℃的连接温度下固定光纤光栅14，当温度减小以后，粘结点16距离变大，此时会在光纤光栅14上产生一定的应力，利用此应力即可补偿温度对中心波长的漂移。最后把光纤固定到粘结层12的V形沟槽17中，并由覆盖层15覆盖。

环境温度升高，光纤光栅14折射率变大。然而负温度膨胀材料基体11具有负温度膨胀系数，即负温度膨胀材料基体11随温度升高而收缩，故负温度膨胀材料基体11带动粘结层12收缩，且光纤光栅14的两端固定点16距离减小，由于光纤光栅被拉伸固定，两固定点16之间的距离减小会使光纤光栅14上的应力减小，以此补偿由于温度升高导致光纤光栅中心波长的漂移。反之亦然。

另外，现有技术二存在如下的缺点：

1、光纤光栅两端采用固定点16固定，固定位置无法改变，往往需重新粘接，有些情况会造成永久的损坏；

2、如果固定点同理论固定点有误则不可调整，导致光纤光栅报废或温度补偿不准确。

3、负温度系数材料选择范围窄，成本高。

发明内容

本发明的实施例提供了一种光纤光栅温度补偿装置，可以对光纤光栅两端的固定位置进行灵活的调整；同时结构紧凑，占用空间小；成本低。

本发明的实施例用于通过改变设于光纤上的光纤光栅的预应力来补偿温度变化对光纤光栅造成的影响，包括温度补偿机构与光纤有效长度调节机构；所述光纤通过光纤光栅两端的各一个区域作为固定连接点固定于温度补偿机构上，温度补偿机构随着温度的变化改变两个连接点间的距离，进而改变光纤光栅的预应力；来补偿温度变化对光纤光栅造成的影响；所述光纤有效长度调节机构固定于温度补偿机构，用于调节光纤的有效长度。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，采用本发明的实施例的光纤光栅温度补偿装置，可以对光纤光栅两端的固定位置进行灵活的调整；同时结构紧凑，占用空间小；成本低。

附图说明

图1为现有技术方案一所述的温度补偿装置的结构原理示意图；

图2为现有技术方案二所述的温度补偿装置的结构原理示意图；

图3为本发明实施例提供的光纤光栅温度补偿装置的结构原理示意图一；

图4为本发明实施例提供的的结构原理示意图二；

图5为未采用本发明实施例提供的光纤光栅温度补偿装置进行温度补偿之前光纤光栅102的中心波长同温度的变化曲线；

图6为采用本发明实施例提供的光纤光栅温度补偿装置进行温度补偿之后光纤光栅102的中心波长同温度的变化曲线。

具体实施方式

本发明提供一种光纤光栅温度补偿装置，用于通过改变设于光纤上的光纤光栅的预应力来补偿温度变化对光纤光栅造成的影响，这里所述的光纤光栅可以是任何一种光纤光栅，所述的装置包括温度补偿机构与光纤有效长度调节机构；

所述光纤通过光纤光栅两端的各一个区域作为固定连接点固定于温度补偿机构上，温度补偿机构随着温度的变化改变两个连接点间的距离，进而改变光纤光栅的预应力；来补偿温度变化对光纤光栅造成的影响；

其中，所述的温度补偿机构包括相互连接的膨胀系数不同的第一膨胀组件与第二膨胀组件，所述固定光纤的两个固定连接点固定于两个膨胀组件上。也就是说所述固定光纤的两个固定连接点可以固定于第一膨胀组件上也可以固定于第二膨胀组件上，当然也可以是一个固定连接点固定于第一膨胀组件上另一个固定于第二膨胀组件上。

前述的第一膨胀组件与第二膨胀组件为不同膨胀系数的材料制成，也就是说：

所述的第一膨胀组件采用大膨胀系数材料制成，第二膨胀组件采用小膨胀系数材料制成；或者，

所述的第二膨胀组件采用大膨胀系数材料制成，第一膨胀组件采用小膨胀系数材料制成。

上述的大膨胀系数材料，包括铝、铝合金、铜、铜合金或其它膨胀系数大的材料如阿卢梅尔镍合金Alumel、蒙乃尔合金Monel、钴Co或镍铬合金Nichrome等等。

上述的小膨胀系数材料，包括铟瓦合金或其它膨胀系数小的材料如超铟瓦合金或石墨纤维增强复合材料。

超铟瓦合金是一种热膨胀系数小一些的铟瓦合金，其热膨胀系数大约为1ppm/℃。

石墨纤维增强复合材料也就是碳(石墨)纤维是以有机纤维——聚丙烯晴(PAN)纤维、粘胶纤维、沥青纤维等原丝经过预氧化、碳化、石墨化等高温固相反应工艺过程制备而成，由有择优取向的石墨微晶构成，因而具有很高的强度和弹性模量(刚性)。它的比重—般为1.70～1.80g/cm3，强度为1200～7000MPa，弹性模量为200～400GPa，热膨胀系数接近于零。

另外，还有—种是从北京钢铁研究院研制的DP-1高温超低膨胀合金，膨胀系数小于1ppm/℃，也可以应用于本专利，构成本专利的保护范围。显然只要所选择的小膨胀系数材料的膨胀系数小到足以与大膨胀系数材料的膨胀系数有一定的差异满足温度补偿的要求就可以了。

所述的两个固定连接点固定于膨胀组件相对的两侧。且所述的至少一个固定连接点通过固定光纤装置固定于膨胀组件上。所述的固定光纤装置与膨胀组件间为可移动连接，可以改变固定连接点与膨胀组件间的相对位置，来改变光纤有效长度。

所述的固定光纤装置包括带有长孔的固定块与固定螺钉，固定螺钉穿过长孔将固定块固定于膨胀组件上。

所述光纤有效长度调节机构固定于温度补偿机构，用于调节光纤的有效长度。光纤有效长度调节机构包括设于任意固定连接点与光纤光栅间的浮动调节块，光纤绕过浮动调节块接触区域构成浮动连接点，浮动连接点与固定连接点间包含光纤光栅的光纤为有效光纤，改变浮动连接点的位置可以调节光纤的有效长度。同时，改变浮动连接点的位置还可以达到改变大膨胀系数材料相应组件的有效膨胀长度。

所述的浮动调节块设于其中一个膨胀组件上，也就是说浮动调节块可以设于第一膨胀组件上也可以设于第二膨胀组件上。且浮动调节块与膨胀组件通过滑动机构活动连接，来改变浮动调节块在膨胀组件上的位置。

所述的滑动机构包括设于膨胀组件上的滑槽与锁紧螺钉，锁紧螺钉穿过滑槽与浮动调节块连接，将浮动调节块固定于工作位置。

所述的浮动调节块与光纤的接触区域包括圆柱面、椭圆柱面、螺旋柱面、圆弧柱面、圆滑连接的多个平面或圆滑连接的多个圆弧柱面。

所述的浮动调节块与光纤的接触区域沿光纤的缠绕方向开有V型槽、半圆型槽或U型槽。

另外，所述的至少一个固定连接点与膨胀组件间设有固定连接点调节机构，固定连接点设于固定连接点调节机构上，固定连接点调节机构设于膨胀组件上，可以改变固定连接点与浮动连接点间相对位置，来改变光纤光栅的预应力。

所述的固定连接点调节机构包括设有固定连接点的调节块、调节螺钉与支撑螺母块，调节螺钉支撑螺母块配合调节调节块的位置，来改变固定连接点的位置。

还有，所述的光纤光栅温度补偿装置还包括保护装置，所述的温度补偿机构与光纤有效长度调节机构设于保护装置内。

本发明的实施例具体如图3与图4所示，公开了一种光纤光栅温度补偿装置，主要包括温度补偿机构与光纤有效长度调节机构。用于对设于光纤101上的一段光纤光栅102进行温度补偿，所述的光纤光栅102可以是任何一种光纤光栅，可以使用该领域内的技术人员众所周知的任何方法来形成此光纤光栅102。本实施例的光纤光栅102被一个涂敷层103所覆盖，以允许光纤光栅102随着温度进行膨胀而不会产生张力。光纤光栅温度补偿装置通过改变光纤光栅102的预应力来补偿温度变化对光纤光栅102造成的影响。

温度补偿机构包括相互连接的膨胀系数不同的第一膨胀组件121与第二膨胀组件131，具体的第二膨胀组件131包括一个支臂133与连接端132，并在连接端132通过两个连接螺钉134与第一膨胀组件121连接。

第一热膨胀组件121具有长方体结构(且最好为条状结构)，第一热膨胀组件121的材料可以是铟瓦合金(Invar)或其它膨胀系数很小的材料。常用的铟瓦合金的热膨胀系数约为1.4ppm/℃。

第二热膨胀组件131的材料选用具有较大的热膨胀系数的材料，例如铝Al、铝合金、铜Cu、铜合金或其它膨胀系数很大的材料，如可采用Al-Cu合金、黄铜Brass。Al的热膨胀系数典型的约为22.4ppm/℃。

当然也可以是第二膨胀组件131采用大膨胀系数材料制成，第一膨胀组件121采用小膨胀系数材料制成。其结构与本实施例可以相同也可以不同，但其工作原理是一致的。

光纤有效长度调节机构包括浮动调节块111，浮动调节块111设于一个固定连接点144(本例为图3中上方)与光纤光栅102间，则，浮动调节块111与另一个固定连接点144间的光纤部份就是有效光纤，其长度为光纤的有效长度Lf。浮动调节块111设于第二膨胀组件131上，具体设于支臂133上。浮动调节块111与第二膨胀组件131为活动的连接，本例采用了一个滑动机构，滑动机构包括设于支臂133上的滑槽135与锁紧螺钉136，锁紧螺钉136穿过滑槽135与浮动调节块111连接，将浮动调节块111固定于工作位置。松开锁紧螺钉136就可以方便地移动调节浮动调节块111在第二膨胀组件131上的位置。可以改变大膨胀系数材料相应组件(本例也就是第二膨胀组件131)的有效膨胀长度Lmental。

本例中，光纤101绕过浮动调节块111，在光纤101与浮动调节块111的接触区域构成浮动连接点146，浮动连接点146将光纤101分成两部份，一部份包含光纤光栅102的光纤101为有效光纤(本例为图3中下方)，另一部份不包含光纤光栅102的光纤101为辅助光纤(本例为图3中上方)，调节浮动调节块111改变浮动连接点146的位置可以调节的光纤101的有效长度Lf。同时，改变浮动连接点146的位置还可以改变大膨胀系数材料相应组件(本例也就是第二膨胀组件131)的有效膨胀长度Lmental。

本例中浮动调节块111的形状为圆柱体，浮动调节块111与光纤101的接触区域为圆柱面，同时为了增加接触面积、减小光纤的磨损，在接触区域开有V型槽112。

当然，浮动调节块111与光纤101的接触区域还或以是、椭圆柱面、螺旋柱面、圆弧柱面、圆滑连接的多个平面或圆滑连接的多个圆弧柱面等等。只要可以环绕光纤并尽可能减小光纤弯曲损耗就可以满足要求，是本发明的保护范围。另外，所述的浮动调节块111与光纤101的接触区域沿光纤的缠绕方向开槽还可以是半圆型槽或U型槽等等。只要可以增加接触面积、减小光纤的磨损可以满足要求，是本发明的保护范围。

还需指出的是浮动调节块111的形状可以是任意的形状，在本专利中起作用的是接触区域浮动连接点146的形状。因此，非浮动调节块111的形状只要满足加工的工艺要求就可以了。

另外，所述浮动调节块111的材料可以是铟瓦合金或其他热膨胀系数很小的材料。当然也可以是其它材料。

本例中，所述光纤101通过光纤光栅102两端的各一个区域作为固定连接点144通过固定光纤装置141固定于第一热膨胀组件121的两侧，固定光纤装置141与第一热膨胀组件121间为可移动连接，具体为固定光纤装置141包括带有长孔148的固定块142与固定螺钉147，固定螺钉147穿过长孔148将固定块142固定于第一热膨胀组件121上。光纤101利用胶(如AB高温固化胶)粘贴在固定块142上，同时为了提高胶粘的牢固性可以在固定块142上设有开槽143，将光纤101胶粘于开槽143中。

松开固定螺钉147，改变固定块142的位置，就可以改变固定连接点144的位置，进而改变光纤的有效长度。

另外，所述固定光纤装置141可以是铟瓦合金或其他热膨胀系数很小的材料。当然也可以是其它材料。

本例中采用了两个固定光纤装置141，相对布置于第一热膨胀组件121的两侧，光纤101通过浮动调节块111环绕两侧，光纤光栅102只分布在其中一侧，这至少使包括光纤光栅102部分的光纤101封装长度减小一半。

另外，在应用过程中，固定光纤装置141可以只有一个，另一个固定连接点144直接固定于第一热膨胀组件121上，只调节一个固定光纤装置141的位置，并不影响专利的效果。同时，两个固定连接点144不相对布置，也只是不能使封装长度减小，其它的效果是可以实现的。

由以上描述可见，本发明的实施例提供了以下几种调节光纤的有效长度的方法：

1、浮动调节块111固定不动，调节两个固定光纤装置141改变固定连接点144与浮动连接点146的相对位置来达到调节的光纤101的有效长度Lf的目的；

2、一个固定连接点144固定不动，调节另一个固定光纤装置141与浮动调节块111改变固定连接点144与浮动连接点146的相对位置来达到调节的光纤101的有效长度Lf的目的；

3、两个固定连接点144固定不动，调节浮动调节块111改变浮动连接点146的位置可以调节的光纤101的有效长度Lf。例如本例中如采用一个连接螺钉134，上下摆动支臂133就可以改变浮动调节块111的位置，改变固定连接点144与浮动连接点146的相对位置从而达到调节的光纤101的有效长度Lf的目的。

本例中，固定光纤装置141与第一热膨胀组件121间还设有固定连接点调节机构151，可以改变固定连接144与浮动连接点146间相对位置，来改变光纤光栅102的预应力。固定连接点调节机构151包括调节块(本例中为固定块142)、调节螺钉153与支撑螺母块152，调节螺钉153与支撑螺母块152配合调节固定块142的位置，来改变固定连接点144的位置。在使用过程中，沿一个方向或反方向旋转其中一个或同时旋转两个调节螺钉153，调节螺钉153驱使相应的固定光栅装置141远离或靠近浮动调节块111，即可调整施加在光纤光栅102上的预应力。

另外，本实施例还提供了一个保护装置161，温度补偿机构与光纤有效长度调节机构均设于保护装置161内。防止，光纤光栅102受其他外力影响产生未知的补偿误差。

由此可见，本发明具有以下优点：

1、光纤101的固定连接点144可以调整，以达到所需要的光纤光栅102与光纤101的有效长度的理想比例；

2、调整浮动调节块111的位置可调整施加在光纤光栅102上的预应力，同时，浮动调节块111的位置还根据温度变化而改变，对光纤光栅102进行精确温度补偿；

3、光纤101环绕于浮动调节块111的两侧，光纤光栅102只分布在其中一侧，这至少使包括光纤光栅102部分的光纤101封装长度减小一半，占用空间减小；

4、因可以采用调整光纤的有效长度的与大膨胀系数材料相应组件的有效膨胀长度来进行精确波长补偿，所以本专利的整体结构的金属选择范围宽，可根据需要选择合适的或价格低廉的金属，降低成本。

下面针对如图3与图4所示的光纤光栅温度补偿装置描述一下其具体功能：

按照图3与图4所示的结构形式设置光纤光栅温度补偿装置，为防止光纤光栅102产生弯曲而对反射波长产生影响，光纤光栅102只能位于光纤固定基体的一侧。假定第二热膨胀组件131的有效长度为Lmetal，光纤光栅102固定的有效长度为Lf。如果温度增加时，Lmetal的长度就沿纵向方向增加，施加在光纤光栅102上的预应力就被减小，通过应力改变补偿了波长的温漂。

温度改变对光栅中心波长产生漂移量为：

Δλ＝ξΔTλ    式(6)

式中：

ξ：为光纤物质的热光系数，即光纤折射率随温度的变化量；

λ：为光栅中心波长。

ΔT：为温度变化量。

光栅中心波长λ同光纤光栅102的应力有关：

Δλ＝(1-p_e)ελ    式(7)

式中：

p_e：为弹光系数，

ε为光纤光栅102纤心方向的应力。则：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{{\mathrm{\ΔL}}_f}{L_f}$ 式(8)

式中：

ΔL_f：光纤光栅102固定的有效长度为Lf的变形量。

同时，第二热膨胀组件131的变形量为：

ΔL＝α_metalL_metalΔT    式(9)

式中：

α_metal：第二热膨胀组件131的材料的热膨胀系数；

ΔT：为温度变化量。

由于，ΔL_f＝ΔL

联立式(6)、(7)、(8)与(9)可得：

$\frac{L_{\mathrm{metal}}}{L_f}=\frac{\mathrm{\ξ}}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{metal}}(1-P_e)}$ 式(10)

通过(10)式可以看到，只要调整好Lmetal和Lf之间的关系，就可以精确的补偿由于温度变化引起的光栅中心波长的漂移。

根据上述光纤光栅温度补偿原理及计算公式，给出如下一具体实施实例：

第一热膨胀系数材料使用铟瓦合金，铟瓦合金的热膨胀系数典型的是1.4ppm/℃，可近似认为固定不动。第二热膨胀系数材料使用铝Al(如硬铝)，硬铝的热膨胀系数典型的是23.6ppm/℃。光纤热膨胀系数值ξ大约为8.31×10^-6/℃，光纤的弹光系数p_e为0.22，代入到(10)可以得到Lmetal/Lf≈0.4514。如果设定Lf长100mm，调整Lmetal长为45mm即可补偿光纤光栅波长随温度漂移，并可微调两者长度达到满意的补偿效果。

图5为未补偿之前光纤光栅102的中心波长同温度的变化曲线，图6为通过上述光纤光栅温度补偿装置补偿之后光纤光栅102的中心波长同温度的变化曲线。可见，补偿之后其中心波长变化很小，基本保持不变。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种光纤光栅温度补偿装置，用于通过改变设于光纤上的光纤光栅的预应力来补偿温度变化对光纤光栅造成的影响，其特征在于，包括温度补偿机构与光纤有效长度调节机构；

所述光纤通过光纤光栅两端的各一个区域作为固定连接点固定于温度补偿机构上，温度补偿机构随着温度的变化改变两个连接点间的距离，进而改变光纤光栅的预应力；来补偿温度变化对光纤光栅造成的影响；

所述光纤有效长度调节机构固定于温度补偿机构，用于调节光纤的有效长度。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的温度补偿机构包括相互连接的膨胀系数不同的第一膨胀组件与第二膨胀组件。

3.根据权利要求2所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的第一膨胀组件采用大膨胀系数材料制成，第二膨胀组件采用小膨胀系数材料制成；或者，

所述的第二膨胀组件采用大膨胀系数材料制成，第一膨胀组件采用小膨胀系数材料制成。

4.根据权利要求3所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的大膨胀系数材料，包括铝、铝合金、铜、铜合金、阿卢梅尔镍合金、蒙乃尔合金、钴或镍铬合金。

5.根据权利要求3所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的小膨胀系数材料，包括铟瓦合金或石墨纤维增强复合材料。

6.根据权利要求2所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的光纤有效长度调节机构包括设于任意固定连接点与光纤光栅间的浮动调节块，光纤绕过浮动调节块接触区域构成浮动连接点与固定连接点间包含光纤光栅的光纤为有效光纤，改变浮动连接点的位置可以调节光纤的有效长度。

7.根据权利要求6所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的浮动调节块设于其中一个膨胀组件上，且与该膨胀组件通过滑动机构活动连接，来改变浮动调节块在该膨胀组件上的位置。

8.根据权利要求7所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的滑动机构包括设于膨胀组件上的滑槽与锁紧螺钉，锁紧螺钉穿过滑槽与浮动调节块连接，将浮动调节块固定于工作位置。

9.根据权利要求7或8所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的浮动调节块与光纤的接触区域包括圆柱面、椭圆柱面、螺旋柱面、圆弧柱面、圆滑连接的多个平面或圆滑连接的多个圆弧柱面。

10.根据权利要求7或8所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的浮动调节块与光纤的接触区域沿光纤的缠绕方向开有V型槽、半圆型槽或U型槽。

11.根据权利要求2所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的两个固定连接点固定于膨胀组件相对的两侧。

12.根据权利要求2或11所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的至少一个固定连接点通过固定光纤装置固定于膨胀组件上。

13.根据权利要求12所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的固定光纤装置与膨胀组件间为可移动连接，可以改变固定连接点与膨胀组件间的相对位置，来改变光纤有效长度。

14.根据权利要求13所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的固定光纤装置包括带有长孔的固定块与固定螺钉，固定螺钉穿过长孔将固定块固定于膨胀组件上。

15.根据权利要求6所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的至少一个固定连接点与膨胀组件间设有固定连接点调节机构，固定连接点设于固定连接点调节机构上，固定连接点调节机构设于膨胀组件上，可以改变固定连接点与浮动连接点间相对位置，来改变光纤光栅的预应力。

16.根据权利要求15所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的固定连接点调节机构包括设有固定连接点的调节块、调节螺钉与支撑螺母块，调节螺钉支撑螺母块配合调节调节块的位置，来改变固定连接点的位置。

17.根据权利要求1、2、3、6、11或15所述的光纤光栅温度补偿装置，其特征在于，所述的光纤光栅温度补偿装置还包括保护装置，所述的温度补偿机构与光纤有效长度调节机构设于保护装置内。

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