CN106546182B - 一种倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器，包括：光纤光栅，所述光纤光栅采用II型光纤光栅；保护套管，所述保护套管包裹所述光纤光栅；耐高温陶瓷胶，所述耐高温陶瓷胶粘附在所述保护套管的外侧；APC光纤接头，所述APC光纤接头的一端与裸露在所述保护套管一端的所述光纤光栅相连，另一端连接所述电源；耐高温钢基底，所述倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器通过所述耐高温陶瓷胶粘与被测构件粘附测量所述构件的形变程度。这种光纤光栅应变传感器的封装方法不仅有效保护了光纤光栅，而且可以提高光纤光栅的应变灵敏度。基于这种封装方法的耐高温光纤光栅应变传感器能够为高温环境下大型结构的表面提供大应变量程和高精度测量的手段。

Description

一种倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器。
背景技术
通常，光纤光栅是近几年发展最为迅速的新一代光无源器件，在光纤通信和光纤传感等相关领域发挥着越来越重要的作用。以光纤光栅为传感元件研制的应变传感器，具有灵敏度高、体积小、耐腐蚀、抗电磁辐射等优点。
目前的光纤光栅应变传感器封装方式主要有基片式、嵌入式和管式封装等。这些封装方式具有结构简单、易于安装等优点。但容易产生应变传递损耗，使得测量精度有所降低；而且由于胶粘剂直接接触光纤光栅区域，容易产生反射波长多峰值的现象。
对于光纤光栅应变传感器的增减敏问题，特别是光纤光栅的应变增敏技术，国内外已有较多的研究，而且取得了较大的进展。但是目前已有的增敏技术结构较为复杂，增减敏方式单一，实际增敏系数与理论值相差比较大，难以实现工程应用。
因此，需要一种能有效地耐高温光纤光栅应变传感器来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器，其中，所述传感器包括：
光纤光栅，所述光纤光栅采用II型光纤光栅；
保护套管，所述保护套管包裹所述光纤光栅；
耐高温陶瓷胶，所述耐高温陶瓷胶粘附在所述保护套管的外侧；
APC光纤接头，所述APC光纤接头的一端与裸露在所述保护套管一端的所述光纤光栅相连，另一端连接所述电源；
耐高温钢基底，所述耐高温钢基底包括两部分，分别为第一耐高温钢基底和第二耐高温钢基底，所述第一耐高温钢基底和第二耐高温钢基底呈L型，L型钢基底的上部为倾斜结构，所述第一耐高温钢基底和第二耐高温钢基底L型上部的倾斜结构分别固定所述保护套管的两端；
所述倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器通过所述耐高温陶瓷胶粘与被测构件粘附测量所述构件的形变程度。
优选的，所述保护套管的长度为40mm。
优选的，所述第一耐高温钢基底和所述第二耐高温钢基底L型底部的长度为15mm。
优选的，所述耐高温陶瓷胶的温度范围为-195～1093℃。
优选的，所述倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器的增减敏系数通过调整增减敏系数的值来改变所述传感器的应变测量敏度，Lf为所述第一耐高温钢基底和所述第二耐高温钢基底之间的光纤光栅的长度，L为所述第一耐高温钢基底和所述第二耐高温钢基底之间的距离。
优选的，当所述K<1时，所述传感器为倾斜结构的耐高温光纤光栅增敏型传感器。
优选的，当K>1时，所述传感器为倾斜结构的耐高温光纤光栅减敏型传感器。
优选的，所述的倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器的应变增敏系数为其中，被测构件表面发生形变，其应变ε1＝ΔL/L时，微变量ΔL由于传感结构的刚性作用，直接集中加到长度为l的光纤光栅上，则长度为l的光纤光栅所承受的应变大小εFBG为根据几何关系，Δlcosθ＝ΔL，θ为光纤光栅与被测构件表面的夹角。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示出了本发明的一种倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器的结构示意图。
图2a和图2b示出了本发明的倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器的增敏型和减敏型的结构示意图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
图1示出了本发明的一种倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器的结构示意图。如图1所示，
一种倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器100包括：光纤光栅101，所述光纤光栅101采用II型光纤光栅101；保护套管102，所述保护套管102包裹所述光纤光栅101；耐高温陶瓷胶103，所述耐高温陶瓷胶103粘附在所述保护套管102的外侧；APC光纤接头104，所述APC光纤接头104的一端与裸露在所述保护套管102一端的所述光纤光栅101相连，另一端连接所述电源；耐高温钢基底105，所述耐高温钢基底105包括两部分，分别为第一耐高温钢基底105a和第二耐高温钢基底105b，所述第一耐高温钢基底105a和第二耐高温钢基底105b呈L型，L型钢基底的上部为倾斜结构，所述第一耐高温钢基底105a和第二耐高温钢基底105bL型上部的倾斜结构分别固定所述保护套管102的两端；所述倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器通过所述耐高温陶瓷胶粘103与被测构件粘附测量所述构件的形变程度。
优选的，所述保护套管102的长度为40mm。
优选的，所述第一耐高温钢基底105a和所述第二耐高温钢基底105bL型底部的长度为15mm。
优选的，所述耐高温陶瓷胶103的温度范围为-195～1093℃。
图2a和图2b示出了本发明的倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器的增敏型和减敏型的结构示意图。
本发明的倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器200包括：光纤光栅201，所述光纤光栅201采用II型光纤光栅201；保护套管202，所述保护套管202包裹所述光纤光栅201；耐高温陶瓷胶203，所述耐高温陶瓷胶203粘附在所述保护套管202的外侧；APC光纤接头204，所述APC光纤接头204的一端与裸露在所述保护套管202一端的所述光纤光栅201相连，另一端连接所述电源；耐高温钢基底205，所述耐高温钢基底205包括两部分，分别为第一耐高温钢基底205a和第二耐高温钢基底205b，所述第一耐高温钢基底205a和第二耐高温钢基底205b呈L型，L型钢基底的上部为倾斜结构，所述第一耐高温钢基底205a和第二耐高温钢基底205bL型上部的倾斜结构分别固定所述保护套管202的两端；所述倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器通过所述耐高温陶瓷胶粘203与被测构件206粘附测量所述构件的形变程度。
倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器200的封装部件为两个耐高温钢基底205，分别为第一耐高温钢基底205a和第二耐高温钢基底205b，设两个耐高温钢基底205固定支点之间的距离为L，两个封装部件之间的光纤光栅201长度为Lf，则倾斜结构的耐高温光纤光栅201应变传感器的增减敏系数通过调整增减敏系数的值来改变所述传感器的应变测量敏度，Lf为所述第一耐高温钢基底205a和所述第二耐高温钢基底205b之间的光纤光栅201的长度，L为所述第一耐高温钢基底205a和所述第二耐高温钢基底205b之间的距离。
如图2a所示，图中Lf为所述第一耐高温钢基底205a和所述第二耐高温钢基底205b之间的光纤光栅的长度，Lf＝15mm，L为所述第一耐高温钢基底205a和所述第二耐高温钢基底205b之间的距离，L＝20mm。其中的第一耐高温钢基底和所述第二耐高温钢基底之间的光纤光栅的长度Lf小于第一耐高温钢基底和所述第二耐高温钢基底之间的距离L，即K<1，传感器为倾斜结构的耐高温光纤光栅增敏型传感器。
倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器的应变增敏系数为其中，被测构件206表面发生形变，其应变ε1＝ΔL/L时，微变量ΔL由于传感结构的刚性作用，直接集中加到长度为l的光纤光栅上，则长度为l的光纤光栅所承受的应变大小εFBG为根据几何关系，Δlcosθ＝ΔL，θ为光纤光栅与被测构件表面的夹角。
如图2b所示，图中Lf为所述第一耐高温钢基底205a和所述第二耐高温钢基底205b之间的光纤光栅的长度，Lf＝25mm，L为所述第一耐高温钢基底205a和所述第二耐高温钢基底205b之间的距离，L＝20mm。其中的第一耐高温钢基底205a和所述第二耐高温钢基底205b之间的光纤光栅的长度Lf大于第一耐高温钢基底205a和所述第二耐高温钢基底205b之间的距离L，即K>1，传感器为倾斜结构的耐高温光纤光栅减敏型传感器。
本发明的有益效果至少在于：
采用倾斜结构的耐高温钢基底的封装方式的光纤光栅应变传感器不仅有效保护了光纤光栅，而且可以提高光纤光栅的应变灵敏度。基于这种封装方法的耐高温光纤光栅应变传感器能够为高温环境下大型结构的表面提供大应变量程和高精度测量的手段。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (5)

1.一种倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器，其中，所述传感器包括：
光纤光栅，所述光纤光栅采用II型光纤光栅；
保护套管，所述保护套管包裹所述光纤光栅；
耐高温陶瓷胶，所述耐高温陶瓷胶粘附在所述保护套管的外侧；
APC光纤接头，所述APC光纤接头的一端与裸露在所述保护套管一端的所述光纤光栅相连，另一端连接电源；
耐高温钢基底，所述耐高温钢基底包括两部分，分别为第一耐高温钢基底和第二耐高温钢基底，所述第一耐高温钢基底和第二耐高温钢基底呈L型，L型钢基底的上部为倾斜结构，所述第一耐高温钢基底和第二耐高温钢基底L型上部的倾斜结构分别固定所述保护套管的两端；
所述倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器的增减敏系数通过调整增减敏系数的值来改变所述传感器的应变测量敏度，Lf为所述第一耐高温钢基底和所述第二耐高温钢基底之间的光纤光栅的长度，L为所述第一耐高温钢基底和所述第二耐高温钢基底之间的距离；
其中，当所述增减敏系数K<1时，所述传感器为倾斜结构的耐高温光纤光栅增敏型传感器；
当所述增减敏系数K>1时，所述传感器为倾斜结构的耐高温光纤光栅减敏型传感器；
所述倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器通过所述耐高温陶瓷胶粘与被测构件粘附测量所述构件的形变程度。
2.根据权利要求1所述的倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器，其中，所述保护套管的长度为40mm。
3.根据权利要求1所述的倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器，其中，所述第一耐高温钢基底和所述第二耐高温钢基底L型底部的长度为15mm。
4.根据权利要求1所述的倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器，其中，所述耐高温陶瓷胶的温度范围为-195～1093℃。
5.根据权利要求1所述的倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器的应变增敏系数为其中，被测构件表面发生形变，其应变ε1＝ΔL/L时，微变量ΔL由于传感结构的刚性作用，直接集中加到长度为l的光纤光栅上，则长度为l的光纤光栅所承受的应变大小εFBG为根据几何关系，Δlcosθ＝ΔL，θ为光纤光栅与被测构件表面的夹角。
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