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光纤光栅传感器具有体积小、质量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点,可广泛应用于化学、食品、自动化工业生产及具有潜在危险的环境中。其中倾斜光纤布拉格光栅(TFBG)为短周期光纤光栅中的一种,其光栅平面与光纤轴有一定的倾斜角,极大地增强了包层模的耦合强度,对外界环境高度敏感,并在液位测量中可保持光纤结构及机械强度的完整性,对温度有较低的交叉敏感性。本文首先介绍液位测量的常用方法及倾斜光纤光栅的发展历程,阐述TFBG的耦合模理论,并从应力、温度以及外界环境折射率三个方面对TFBG的传感特性进行理论分析。利用Opti Grating软件对光栅结构中的光栅倾角、光栅长度、光栅周期及折射率调制深度进行仿真,分析各个参数对TFBG透射谱的影响。同时对外界折射率和温度进行仿真,结果表明,当外界折射率为1.408~1.444时,TFBG透射谱包层模的透射谱幅值随外界折射率的增大逐渐减小,且基本不受温度的影响,但峰值波长随温度升高而向长波方向移动,故可消除温度及外界折射率的交叉敏感性。搭建温度、外界折射率及温度测量的实验装置,实验得出当温度从20℃升高到50℃时,TFBG的各阶包层模谐振峰的中心波长及纤芯模谐振峰的中心波长向长波方向移动,纤芯模谐振峰的中心波长随温度变化的最灵敏,且具有很好的相关性。当外界折射率由1.408变化到1.436时,TFBG包层模谐振峰中心波长向长波方向移动,纤芯模的谐振峰中心波长无明显变化,包层模的高阶模式逐渐消失,归一化面积逐渐减小,故当温度与外界折射率同时发生变化时,可忽略温度对TFBG的包层模谐振峰的峰值所带来的影响,利用TFBG纤芯模的中心波长的偏移监测温度的变化,各阶包层模的归一化面积的变化量监测外界折射率的变化,实现温度与外界折射率的同时测量。而后对不同浓度的5种甘油溶液进行液位测量,并采用包层模归一化面积作为液位测量量度来提高灵敏度,证实随着液位的升高,归一化面积逐渐减小,且溶液折射率越接近包层折射率,液位测量灵敏度越高。同时可利用TFBG布拉格谐振峰中心波长的漂移量与包层模归一化面积实现温度与液位的同时测量。