CN101294855B - 光纤光栅温度增敏传感器新设计方法和制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种光纤光栅温度增敏传感器新设计方法和制作工艺。该传感器采用双金属结构，但有别于现今的双金属结构中光纤光栅温度增敏的方法。该设计不是采用现今的大热膨胀系数材料作为基底的温度增敏方法，而是用小热膨胀系数材料作为基底，同样达到了温度增敏的目的。这种设计有两个主要优点：1、解决了高分辨率温度传感器在高温下无法保存，运输的难题。2、减小了因为金属的惯性对传感器响应速度所造成的影响，提高了传感器的响应速度。
Description
一、技术领域
本发明涉及光纤传感器，尤其是双金属光纤光栅温度增敏传感器设计方法和制作工艺。
二、技术背景
光纤光栅具有许多其它传感器无法比拟的优点：全光测量，在监测现场无电气设备，不受电磁及核辐射干扰；零点无漂移，长期稳定；以反射光的中心波长表征被测量，不受光源功率波动、光纤微弯效应及耦合损耗等因素的影响；绝对量测量，系统安装及长期使用过程中无需定标；使用寿命长等等。
然而，光纤光栅增敏技术一直进展缓慢。在度过了直接将FBG粘贴在大膨胀系数进行温度增敏的阶段后，近期，研究人员通过双金属实现温敏，效果明显。但是，因为增敏金属的引入，使得传感器质量变大，惯性加大，对温度的响应速度降低。
另外，当分辨率很高时，传感器在保存和运输途中就遇到了困难。当分辨率增加至0.001℃/pm，普通光栅的量程仅有4-6℃。若待测温度在10℃左右(地下水的温度，其年变化范围在1℃以内)，则传感器的最高承受温度不超过16℃，这使传感器的保存和运输变得很困难。
三、发明内容
本发明提供的是一种光纤光栅温度增敏传感器新设计方法和制作工艺。该传感器采用双金属结构，但有别于现今的双金属结构中光纤光栅温度增敏的方法。该设计不是采用现今的大热膨胀系数材料作为基底的温度增敏方法，而是用小热膨胀系数材料作为基底，同样达到了温度增敏的目的。这种设计有两个主要优点：1，解决了高分辨率温度传感器在高温下无法保存，运输的难题。2，减小了因为金属的惯性对传感器响应速度所造成的影响，提高了传感器的响应速度。
该新型温度增敏结构，采用小热膨胀系数材料作为基底，大热膨胀系数材料固定在其上。当温度升高时，大热膨胀系数材料的长度变长，栅区长度减小，光栅所测波长减小；同理，当温度降低时，光栅所测波长升高。因此，该传感器就可以通过波长的变化量反映温度的变化情况。
在此基础上，将大热膨胀系数材料制作成金属丝，或者细金属条的形状，以减小其质量。从而，减小其在长度变化时，惯性造成的影响。这就相当于减小了栅区长度变化的惯性，提高了响应速度，使得传感器可以对变化的环境得到更真实的测量结果。
使大热膨胀系数金属直接与待测环境接触，或者利用导热板在其与待测环境间进行热传递。这样，减少了中间的热传递环节，提高了响应速度。
四、附图说明
附图是本发明的结构示意图。
五、具体实施方案
下面结合举例对本发明做更详细的描述：
该传感起主要由三部分组成：大热膨胀系数金属丝，低热膨胀系数金属，和光纤光栅。把大热膨胀系数金属丝的一端和低热膨胀系数金属的一端固定在一起。在它们的另一端，低热膨胀系数金属略长于金属丝，把光纤光栅的两端分别与低热膨胀系数金属和金属丝固定。根据待测温度要求和封装时环境温度，给栅区一个适当的预拉伸量，使得光栅量程的中心值波长对应于待测温度变化范围的中心值。例如，当待测温度变化范围的中心值为10℃，固定光栅时的室温13℃，传感器分辨率为0.001℃/pm，则预拉波长量x＝(室温-待测温度中值)/分辨率＝(13-10)/0.001＝3000pm＝3nm。当温度升高时，光栅所测波长减小；温度降低时，光栅所测波长升高。从而，由波长变化信息得到温度变化信息。
Claims (1)
1.一种制作光纤光栅温度增敏传感器的方法，其特征为：以温度增敏为目的，采用低热膨胀系数金属作为基底，大热膨胀系数金属丝固定在其上；把所述大热膨胀系数金属丝的一端和所述低热膨胀系数金属的一端固定在一起，在它们的另一端，所述低热膨胀系数金属略长于所述大热膨胀系数金属丝，把光纤光栅的两端分别与所述低热膨胀系数金属和所述大热膨胀系数金属丝固定；当温度升高时，所述大热膨胀系数金属丝的长度变长，栅区长度减小，所述光纤光栅所测波长减小；同理，当温度降低时，所述光纤光栅所测波长升高；该传感器就能够通过波长的变化量反映温度的变化情况。
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