CN102564641A - 基于长周期光纤光栅的悬挂式高温传感装置 - Google Patents

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赵春柳
王雪萍
齐亮
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Abstract

本发明涉及一种基于长周期光纤光栅的悬挂式高温传感装置。由于长周期光纤光栅对弯曲非常敏感，所以在高温场合下的测量过程中应使光纤光栅保持在拉直状态，这样才能保障测量的精确度。本发明方法是光栅的栅区用金属封装，整个光纤光栅置在一个金属腔体内，长周期光纤光栅的上端固定在金属腔体的上端，然后从小孔穿出与宽带光源光连接，光纤光栅的下端从一个重物的中心孔穿过并固定，然后从金属腔体的下端小孔自由穿出，与光谱仪光连接；金属腔体垂直放置；挂钩是使用与金属腔体相同材料制成的；整个光纤光栅置与一个金属腔体内。实际使用过程中应使金属腔体保持在垂直状态，这样就实现了长周期光纤光栅在伸直状态下的侧量，从而保证了测量精确度。本发明适用性好，灵活性强，工艺简单，制作成本低。

Description

基于长周期光纤光栅的悬挂式高温传感装置
技术领域
本发明属于光纤光栅传感技术领域，具体涉及基于长周期光纤光栅的悬挂式高温传感装置。
背景技术
近年来，随着科技的进步，人们对传感器的要求越来越来搞，光纤传感器以其本身优点在科研和工业应用中一直占有重要的地位。
温度是很常见也是很重要的物理量，它与人类生活、工农业生产和科学研究有着密切关系，所以温度的检测至关重要。但是其中的一些应用领域将面临特殊的工作环境，这对于温度的测量可能会造成一些特殊的困难。例如油井中的温度会随着开采深度的增加而不断升高，电力系统的测温环境具有高电压、大电流、强电磁干扰和空间狭小等特点，这就要寻求可靠性高、抗电磁干扰性强、响应快、体积小的新型传感器。尽管目前已有许多高温研究成果，但对于像火药燃烧时的温度等变化的高温数据很难通过传统的热响应率较慢的热电偶得到，并且所测结果是否能准确反映客观对象的真实情况也是一个棘手的问题。此时传统的温度传感器如热电偶、热敏电阻、半导体以及其他类型的温度传感器，难以进行有效的实时检测。而利用飞秒激光、CO2制作的长周期光纤光栅能够在高温下正常的工作。但是飞秒激光加工的长周期光纤光栅价格昂贵，因此利用CO2制作的长周期光纤光栅得到很好的应用。
基于长周期光纤光栅的温度敏感特性，用其制作温度传感器是其中的一个重要方向。高频CO2激光脉冲写入法制作LPFG的方法成本低，操作简便，要求比较低。这种用CO2激光脉冲在单模光纤上写入的LPFG具有热稳定性较好的优点，此外还可以通过随意改变CO2激光的扫描周期从而写入不同传输特性的LPFG。与常见的紫外光曝光写入法相比，CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅耐受高温能力更强。高频CO2激光脉冲写入法制备的长周期光纤光栅的温度特性具有高温稳定性、可重复性和灵敏度高等优点。因此用高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅能够在高温下正常的工作。另外，这种长周期光纤光栅高温传感器是利用谐振波长的偏移量来测量温度、应力等各种参数，不会受光源波长不稳定性等的影响，测量精度很高。
测量中透射谱尖锐的长周期光纤光栅有利于监测谱图的变化，因此所用的CO2激光器功率比较大，刻写的长周期光纤光栅会有一个小的弯曲存在。在低温环境下可以用胶固定，使光栅处于拉直状态进行测量。然而在高温环境下光栅不容易固定，固定光栅材料的热膨胀系数和光纤膨胀系数的差别会造成降温时光栅的弯曲，由于长周期光纤光栅对弯曲非常敏感，会导致整个传感装置不能准确的测量，甚至无法正常工作。为了在高温场合下能够保证测量的精度，需要对传感器的传感头进行设计和优化，这样才能在高温的环境下精确的测量温度。
发明内容
本发明的目的就是：为了克服长周期光纤光栅在高温场合下测量温度时易弯曲、测量不准确的问题，提供了一种结构简单、可封装、制作成本低的基于长周期光纤光栅的悬挂式高温传感装置。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案为：
一种基于长周期光纤光栅的悬挂式高温传感装置包括宽带光源、挂钩、金属腔体、长周期光纤光栅、重物、光谱仪。
长周期光纤光栅的上端固定在金属腔体的上端，然后从小孔穿出与宽带光源光连接；光纤光栅的下端从一个重物的中心孔穿过并固定，然后从金属腔体的下端小孔自由穿出，与光谱仪光连接；金属腔体垂直放置；挂钩是使用与金属腔体相同材料制成的；整个光纤光栅置与一个金属腔体内。
本发明所具有的有益效果为：悬挂式的金属腔体内，以重物悬挂在长周期光纤光栅的下端，可以使光栅在高温测量过程中一直处于伸直状态，有效解决了测量过程中长周期光纤光栅的弯曲以及降温过程测量不准确的问题。而且长周期光纤光栅封装在一个金属腔体内，起到了保护整个传感装置的作用，使用灵活。
附图说明
图1为本发明的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如图1所示，一种基于长周期光纤光栅的悬挂式高温传感装置包括宽带光源1、挂钩2、金属腔体3、长周期光纤光栅4、重物5、光谱仪6。宽带光源1与长周期光纤光栅4的上端光连接，光栅的上端固定在金属腔体3的上端并从小孔内穿出，长周期光纤光栅的下端从重物5的中心孔穿过并固定，然后从金属腔体3的下端小孔内自由穿出与光谱仪6光连接，挂钩2与金属腔体3连接。
本发明的工作方式为：宽带光源发出的光入射到长周期光纤光栅，光栅的透射光入射到光谱仪，该装置正是通过监测光谱图的变化来检测LPFG温度的变化，实现LPFG温度的传感。
该装置能够实现测温的关键技术为：长周期光纤光栅栅区的下方加上重物，使光栅伸直；整个长周期光纤光栅封装在一个金属腔体内，起到了保护整个传感装置的作用。

Claims (1)

1.基于长周期光纤光栅的悬挂式高温传感装置包括宽带光源、挂钩、金属腔体、长周期光纤光栅、重物、光谱仪，其特征在于：长周期光纤光栅的上端固定在金属腔体的上端，然后从小孔穿出与宽带光源光连接；长周期光纤光栅的下端从一个重物的中心孔穿过并固定，然后从金属腔体的下端小孔自由穿出，与光谱仪光连接；金属腔体垂直放置；挂钩是使用与金属腔体相同材料制成的；整个光纤光栅置与一个金属腔体内。
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