CN110207848A - 一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器 - Google Patents

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赵义虎
刘国永
李瑜庆
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及光纤光栅温度增敏传感器技术领域，尤其为一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器，包括光纤光栅、大热膨胀系数基底、大热膨胀系数上盖，大热膨胀系数基底和大热膨胀系数上盖的长度相同，光纤光栅的光栅部分的涂覆层被全部去除，被去除涂覆层的光栅全部粘贴在基底和上盖之间，大热膨胀系数基底和大热膨胀系数上盖完全重合。本发明，现有基于大热膨胀系数材料粘贴式光纤光栅温度增敏传感器的结构是把光纤光栅直接粘贴到基底上，在原有结构的基础上，当光纤光栅粘贴到基底上以后，在光纤光栅上又盖了一层和基底材料相同的上盖。这样，该大热膨胀系数材料对光纤光栅的拉伸更加充分；它们形变的一致性更高。

Description

一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器
技术领域
本发明涉及光纤光栅温度增敏传感器技术领域，尤其是基于大热膨胀系数材料粘贴式光纤光栅温度增敏传感器。
背景技术
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；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；使用寿命长等等。现阶段，光纤光栅传感器在很多领域都有了实际的工程应用，并已经初步形成规模。
光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，即外界入射光子和纤芯相互作用而引起后者折射率的永久性变化，用紫外激光直接写入法在单模光纤的纤芯内形成的空间相位光栅，其实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜。光纤光栅属于反射型工作器件，当光源发出的连续宽带光通过传输光纤射入时，它与光栅发生耦合作用，光栅对该宽带光有选择地反射回相应的一个窄带光，并沿原传输光纤返回；其余宽带光则直接透射过去。反射回的窄带光的中心波长值(也叫Bragg波长)为：
λB＝2neffΛ
上式中，neff为光纤光栅的有效反射系数，Λ为光纤光栅的相邻两个栅隔之间的几何距离。当温度变化时，引起返回波长变化量相对温度变化量的灵敏度为：
ΔλB/ΔT＝[(1-Pe)ε+ζ]λB (1)
其中，Pe为光纤光栅的有效弹光常数；ε为单位温度变化下光纤光栅的应变量；ζ为光纤光栅的热光系数。
如果不对光纤光栅进行增敏，ε为其热膨胀系数。光纤光栅的主要成分是石英；其热膨胀系数很小，约为0.5×10-6/℃。因此，光纤光栅固有的温度分辨率很低，约0.1℃/pm。这在很多应用领域都无法满足要求。
为了提高其温度灵敏度，可以利用光纤光栅对温度和应变同时敏感的特性，把光纤光栅直接粘贴在大膨胀系数材料上，使得ε从光纤光栅的热膨胀系数变化为高热膨胀系数材料的热膨胀系数。当被测温度变化时，高热膨胀系数材料的形变带动光纤光栅形变，从而增大了光纤光栅的形变量和其返回波长变化量。与其它光纤光栅温度增敏方法相比，这种方法简单、有效。然而，在形变从大热膨胀系数材料传递给光纤光栅的过程中，传递比例无法达到100％。例如，因温度变化的影响，大热膨胀系数材料的应变变化了0.1％；光纤光栅的应变可能仅变化了0.09％。在实验中，增敏后的温度灵敏度也常常小于理论预期；这往往是因为应变在传递过程中的损失造成的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。所述基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器提高了应变传递的比例、减小应变在传递过程中的损失。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器，包括光纤光栅、大热膨胀系数基底、大热膨胀系数上盖，该光纤光栅的光栅部分的涂覆层被全部去除，所述被去除涂覆层的光栅部分全部粘贴在该大热膨胀系数基底和大热膨胀系数上盖之间。
优选的，所述大热膨胀系数基底和大热膨胀系数上盖的长度相同。
优选的，光栅部分粘贴固化后该大热膨胀系数基底和大热膨胀系数上盖完全重合。
优选的，还包括尾纤保护套管，所述尾纤保护套管与大热膨胀系数基底和大热膨胀系数上盖的尾端固定在一起，使得所有光纤都不外露。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
为了提高应变传递的比例、减小应变在传递过程中的损失，本发明在原有结构的基础上，当光纤光栅粘贴到基底上以后，在光纤光栅上又盖了一层和基底材料相同的上盖。这样，该大热膨胀系数材料对光纤光栅的拉伸更加充分；它们形变的一致性更高。当温度变化时，基底和上盖从光纤光栅的两侧同时向其传递相同的应变变化。与原有基底粘贴方法仅从一侧向光纤光栅传递应变变化相比，这种基底加上盖从两侧传递应变的方法更容易拉动光纤光栅；该方法提高了应变传递的比例、减小应变在传递过程中的损失。
除此以外，该方法还具有保护光纤光栅的特点。因为光纤光栅的都保护在大热膨胀系数材料中，所以，光纤光栅不易受到外界的损伤。光纤光栅的尾纤的保护套管可以和大热膨胀系数材料固定在一起；从而，全部光纤都得到了保护。
附图说明
附图是本发明的结构示意图。
图中：1为大热膨胀系数上盖，2为光纤光栅，3为大热膨胀系数基底。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器，包括光纤光栅2、大热膨胀系数基底3(以下简称基底3)、大热膨胀系数上盖1(以下简称上盖1)，所述大热膨胀系数基底3和大热膨胀系数上盖1的长度相同；所述光纤光栅2的光栅部分的涂覆层被全部去除；所述被去除涂覆层的光栅部分全部粘贴在所述基底3和上盖1之间；所述大热膨胀系数基底3和大热膨胀系数上盖1完全重合。
还包括尾纤保护套管(未示出)，所述尾纤保护套管与大热膨胀系数基底3和大热膨胀系数上盖1的尾端固定在一起，使得所有光纤都不外露。
制作过程为：
首先，将10mm长的光纤光栅2的涂覆层剥除，并用酒精清洁其表面。可以分别选取20mm铝板制作大热膨胀系数基底3和上盖1。使用砂纸、砂轮、锉刀等，把基底3和上盖1的待粘面打磨粗糙，并用酒精清洁。在基底3上涂抹胶水，先把光纤光栅1放置在20mm长的基底3的中间，再盖上上盖1，并用一个重物(可以为1kg的砝码)压在上盖上1。等胶水固化以后，该传感器即可使用。
为了对光纤光栅2的尾纤进行保护，可以将尾纤保护套管和铝基底3和上盖1的尾端粘贴在一起。从而，全部光纤都得到了保护。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器，其特征在于：包括光纤光栅(2)、大热膨胀系数基底(3)、大热膨胀系数上盖(1)，该光纤光栅(2)的光栅部分的涂覆层被全部去除，所述被去除涂覆层的光栅部分全部粘贴在该大热膨胀系数基底(3)和大热膨胀系数上盖(1)之间。
2.根据权利要求1所述的一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器，其特征在于：所述大热膨胀系数基底(3)和大热膨胀系数上盖(1)的长度相同。
3.根据权利要求1所述的一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器，其特征在于：光栅部分粘贴固化后该大热膨胀系数基底(3)和大热膨胀系数上盖(1)完全重合。
4.根据权利要求1所述的一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器，其特征在于：还包括尾纤保护套管，所述尾纤保护套管与大热膨胀系数基底(3)和大热膨胀系数上盖(1)的尾端固定在一起，使得所有光纤都不外露。
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