CN114088003B - 一种光纤光栅传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤光栅传感器，包括：光纤阵列、基底和覆盖层；所述光纤阵列是通过将一根裸光纤按预设的方式绕成包括若干个直线部分和若干个曲线部分的阵列；在所述裸光纤的直线部分刻蚀光栅，用于测试应变；曲线部分刻蚀光栅，用于测试温度；所述基底上设置有与光纤阵列的直线部分相匹配的直线凹槽，所述光纤阵列的直线部分设置并固定于所述直线凹槽中，所述覆盖层设置于所述基底的设置有光纤阵列的一侧，与基底层粘接；所述曲线部分粘接在覆盖层，与基底层分离。所述直线部分刻蚀光栅用于测试应变，所述曲线部分刻蚀光栅用于测试温度。

Description

一种光纤光栅传感器
技术领域
本发明涉及光纤传感器技术领域，具体涉及一种光纤光栅传感器。
背景技术
光纤光栅传感器(Fiber Grating Sensor)属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格(Bragg)波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。
此种传感器是在工程领域中应用最广泛，技术最成熟的光纤传感器。应变直接影响光纤光栅的波长漂移，在工作环境较好或是待测结构要求精小传感器的情况下，人们将裸光纤光栅作为应变传感器直接粘贴在待测结构的表面或者是埋设在结构的内部。由于光纤光栅比较脆弱，在恶劣工作环境中非常容易破坏，因而需要对其进行封装后才能使用。目前常用的封装方式主要有基片式、管式和基于管式的两端夹持式。
然而针对基片式光纤光栅传感器，一般光纤光栅的排布方式为直线结构，其上可容纳的光栅区较少，对传感器的敏感性和测量精度有所影响，因此，亟需一种传感器可以在不影响其他参数的情况下，增加光栅区域，以提高传感器的敏感性和测量精度。
发明内容
本发明提供一种光纤光栅传感器，以解决现有技术中存在可容纳的光栅区较少，对传感器的敏感性和测量精度有所影响的上述问题。
本发明提供一种光纤光栅传感器，包括：光纤阵列、基底和覆盖层；
所述光纤阵列是通过将一根裸光纤按预设的方式绕成的包括若干个直线部分和若干个曲线部分的阵列；在所述裸光纤的直线部分刻蚀光栅，用于测试应变；曲线部分刻蚀光栅，用于测量温度；
所述基底上设置有与光纤阵列的直线部分相匹配的直线凹槽，所述光纤阵列的直线部分设置并固定于所述直线凹槽中，所述覆盖层设置于所述基底的设置有光纤阵列的一侧，与基底层粘接；所述曲线部分粘接在覆盖层，与基底层分离。
优选的，所述光纤阵列为多个；第一个光纤阵列的起始端与最后一个光纤阵列的末端均可连接光纤光栅解调器；
在所述第一个光纤阵列和最后一个光纤阵列之间的所有光纤阵列采用串接的方式连接，形成具有串联关系的光纤阵列组；
相应的，所述基底上设置的直线凹槽的位置以及排布结构与所述光纤阵列组的结构相匹配。
优选的，所述光纤阵列的排布方式包括：光纤阵列是由一根光纤形成的，起始端和末端平行设置，所述曲线部分包括若干个1/4圆和若干个半圆，所述半圆是由两个连接的1/4圆构成的；靠近起始端的第一个曲线部分和第二个曲线部分为1/4圆，中间部分为相同的多组结构，每组结构包括两个1/4圆、一个半圆和两条直线，两条直线分别连接半圆和一个1/4圆；若干个直线部分的方向与起始端和末端的方向垂直。
优选的，所述曲线部分的弯曲半径相同，所述弯曲半径的最小值为6.25cm。
优选的，所述光纤阵列曲线部分相对于所述基底上的直线凹槽为裸露状态，所述弯曲部分通过与覆盖层粘接固定，且与基底不粘接的方式形成光纤光栅的温度传感区域，防止基底的形变影响温度测试的准确性。
优选的，所述多个光纤阵列设置于同一基底上，不同的光纤阵列位于基底的不同位置，所述多个光纤阵列位于基底不同位置的同一平面。
优选的，所述基底为多个，每个基底上包括若干个光纤阵列，每个基底之间采用柔性材料连接，多个基底通过集成的方式设置在一个基底板上，相邻两个基底之间留有缝隙，根据实际需求光纤阵列的数量，利用裁剪的方式从缝隙位置裁剪开，形成包含所需数量的光纤阵列。
优选的，所述基底之间采用柔性材料连接，包括：每个基底都有两个自由端，相邻两个基底的自由端相连接；
所述相邻两个基底的自由端相连接包括：采用光纤熔接的方式连接，或者采用一根光纤制成多个基底的方式实现两个基底的连接。
优选的，所述光纤阵列的直线部分设置并固定于所述直线凹槽中，包括：采用结构胶粘接的方式将光纤阵列中直线部分固定于所述直线凹槽中。
优选的，所述在所述裸光纤的直线部分刻蚀光栅，用于测试应变；曲线部分刻蚀光栅，用于测量温度，包括：采用激光刻蚀的方式在直线部分间隔预第一设距离刻蚀光栅，形成光纤光栅的应力传感区域；采用激光刻蚀的方式在曲线部分间隔第二预设距离刻蚀光纤，形成光纤光栅的温度传感区域；
所述直线凹槽是在超薄玻璃的所述基底上采用激光设备切割出的凹槽；
所述第一个光纤阵列的起始端与最后一个光纤阵列的末端均可连接光纤光栅解调器，包括：
采用熔接光纤接头的方式连接光纤光栅解调器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种光纤光栅传感器，包括：光纤阵列、基底和覆盖层；所述光纤阵列是通过将一根裸光纤按预设的方式绕成的包括若干个直线部分和若干个曲线部分的阵列；在所述裸光纤的直线部分刻蚀光栅，用于测试应变；曲线部分刻蚀光栅，用于测量温度；所述基底上设置有与光纤阵列的直线部分相匹配的直线凹槽，所述光纤阵列的直线部分设置并固定于所述直线凹槽中，所述覆盖层设置于所述基底的设置有光纤阵列的一侧，与基底层粘接；所述曲线部分粘接在覆盖层，与基底层分离。所述直线部分刻蚀光栅用于测试应变，所述曲线部分刻蚀光栅用于测试温度。在不同的位置刻蚀光栅，对于测试的应变和温度之间互相不影响，保证测试数据的精确性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种光纤光栅传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例中光纤光栅传感器的应用结构示意图；
图3为本发明实施例中光纤阵列的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种光纤光栅传感器，图1为本发明实施例中一种光纤光栅传感器的结构示意图，请参照图1，该光纤光栅传感器的结构包括以下几个部分：光纤阵列001、基底002和覆盖层003；
所述光纤阵列是通过将一根裸光纤按预设的方式绕成的包括若干个直线部分001-1和若干个曲线部分001-2的阵列；在所述裸光纤的直线部分刻蚀光栅，用于测试应变；曲线部分刻蚀光栅，用于测量温度；
所述基底上设置有与光纤阵列的直线部分相匹配的直线凹槽004，所述光纤阵列的直线部分设置并固定于所述直线凹槽004中，所述覆盖层设置于所述基底的设置有光纤阵列的一侧，与基底层粘接；所述曲线部分粘接在覆盖层，与基底层分离。
上述技术方案的工作原理为：采用本实施例提供的方案设置光纤阵列001、基底002和覆盖层003；所述光纤阵列001是通过将一根裸光纤按预设的方式绕成包括若干个直线部分001-1和若干个曲线部分001-2的阵列；在所述裸光纤的直线部分001-1和曲线部分001-2分别刻蚀光栅，所述基底002上设置有与光纤阵列001的直线部分001-1相匹配的直线凹槽004，所述光纤阵列001直线部分001-1设置并固定于所述直线凹槽004中，而曲线部分001-2并未设置在所述直线凹槽004中，所述覆盖层003设置于所述基底002的设置有光纤阵列001的一侧，通过所述覆盖层003将所述直线部分001-1进一步固定在所述基底002上，且所述覆盖层003通过粘接的方式粘接所述曲线部分001-2，因此，该曲线部分001-2是与基底002分离的，与覆盖层003粘接固定，防止出现基底002的形变影响曲线部分001-2测试温度的准确性。
具体的，在基底002上设置的直线凹槽004对应的是光纤阵列001中的直线部分001-1，基底002的宽度与光纤阵列001中直线部分001-1的长度相同，因此曲线部分001-2是在直线凹槽004之外的，直线部分001-1固定在直线凹槽004中之后，通过覆盖层003粘贴并固定光纤阵列001的曲线部分001-2。所述光纤阵列001曲线部分001-2的光纤与覆盖层003粘接，与基底002不粘接。
本实施例中的光纤光栅传感器是一种平面光纤传感阵列，也就是基片式光纤光栅传感器，该光纤光栅传感器主要用于结构应力与应力场测试。具体的，该光纤光栅传感器的工作原理为：属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格(Bragg)波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。
具体的，在光纤上用紫外光刻写光栅，10mm的光纤光栅包含了10000个在纤芯中规则分布的微小的反射镜面，温度或应变等物理量的变化与所导致的栅距变化呈线性，光栅反射波长随栅距变化而线性变化，光纤光栅反射光的中心波长取决于光栅的条纹间距，光栅的条纹间距取决于：施加的应变和温度，因此，采用光纤光栅传感器可以测量结构应力或进行应力场测试。
另外，采用波分复用技术可实现一根光纤上串联18个传感器，通过对不同波长光栅进行特定封装，在一根光纤上可实现应变等多参数实时测量。
光纤光栅的种类很多，主要分两大类：一是Bragg光栅(也称为反射或短周期光栅)；二是透射光栅(也称为长周期光栅)。光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构，从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅，色散补偿型光栅是非周期光栅，又称为啁啾光栅(chirp光栅)。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案通过设置光纤阵列001、基底002和覆盖层003；所述光纤阵列001是通过将一根裸光纤按预设的方式绕成包括若干个直线部分001-1和若干个曲线部分001-2的阵列；在所述裸光纤的直线部分001-1刻蚀光栅，用于测试应变；曲线部分001-2刻蚀光栅，用于测试温度；所述基底002上设置有与光纤阵列001的直线部分001-1相匹配的直线凹槽004，所述光纤阵列001的直线部分001-1设置并固定于所述直线凹槽004中，所述覆盖层003设置于所述基底002的设置有光纤阵列001的一侧，与基底002层粘接；所述曲线部分001-2粘接在覆盖层003，与基底002层分离。通过本实施例采用的方案可以将一根光纤通过绕制的方式绕成一个光纤阵列001，在光纤阵列001的直线部分001-1和曲线部分001-2上分别设置有光栅区，在该光纤区可以通过激光刻蚀或紫外光刻蚀的方式形成光栅，直线部分001-1光栅部分通过检测物体的应力变化而产生不同的波长，从而测量物体的应力变化情况。曲线部分001-2的光栅通过检测温度的变化而进行温度测试。因此，本实施例采用的方案通过设置若干个直线部分001-1和若干个曲线部分001-2的阵列，将一根光纤绕制成光纤阵列001，增加光栅区，从而增加传感单元，并且将测试温度和测试应变的光栅进行区分，进而提升光纤光栅的敏感性以及测量精度。
在另一实施例中，如图2所示，所述光纤阵列001001为多个；第一个光纤阵列001的起始端与最后一个光纤阵列001的末端均可连接光纤光栅解调器005；
在所述第一个光纤阵列001和最后一个光纤阵列001之间的光纤阵列001的起始端与相邻的光纤阵列001的末端连接，形成具有串联关系的光纤阵列001组；
相应的，所述基底002上设置的直线凹槽004的位置以及排布结构与所述光纤阵列001组的结构相匹配。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述光纤阵列001为多个；第一个光纤阵列001的起始端和最后一个光纤阵列001的末端均可连接光纤光栅解调器；在所述第一个光纤阵列001和最后一个光纤阵列001之间的光纤阵列001的起始端与相邻的光纤阵列001的末端连接，形成具有串联关系的光纤阵列001组；相应的，所述基底002上设置的直线凹槽004的位置以及光纤阵列001组的结构相匹配。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案通过设置所述光纤阵列001为多个；第一个光纤阵列001的起始端和最后一个光纤阵列001的末端均可连接光纤光栅解调器；在所述第一个光纤阵列001和最后一个光纤阵列001之间的光纤阵列001的起始端与相邻的光纤阵列001的末端连接，形成具有串联关系的光纤阵列001组；相应的，所述基底002上设置的直线凹槽004的位置以及光纤阵列001组的结构相匹配。因此，采用本实施例提供的方案通过设置多个光纤阵列001，进一步增加光纤光栅的传感单元，进一步提升光纤光栅传感器的敏感度和检测的精度。另外，当激光发生器中产生的一定波长的激光传输至所述光纤阵列001中，一定波长的激光通过所有光纤阵列001后，通过最后一个光纤阵列001输出，并通过光纤光栅解调器005对光纤中的输出光束进行解调分析，通过计算机006计算确定出光纤光栅传感器测量的物体的应力以及应力变化参数等与结构应力相关的参数。因此，通过本实施例设置多个激光阵列，通过计算机计算确定出的各种参数比现有技术中的光纤光栅传感器的测量精度有所提升。
在另一实施例中，如图3所示，所述光纤阵列001的排布方式包括：光纤阵列001是由一根光纤形成的，起始端和末端平行设置，所述曲线部分001-2包括若干个1/4圆和若干个半圆，所述半圆是由两个连接的1/4圆构成的；靠近起始端的第一个曲线部分001-2和第二个曲线部分001-2为1/4圆，中间部分为相同的多组结构，每组结构包括两个1/4圆、一个半圆和两条直线，两条直线分别连接半圆和一个1/4圆；若干个直线部分001-1的方向与起始端和末端的方向垂直。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案设置所述光纤阵列001的排布方式包括：所述光纤阵列001的排布方式包括：光纤阵列001是由一根光纤形成的，起始端和末端平行设置，所述曲线部分001-2包括若干个1/4圆和若干个半圆，所述半圆是由两个连接的1/4圆构成的；靠近起始端的第一个曲线部分001-2和第二个曲线部分001-2为1/4圆，中间部分为相同的多组结构，每组结构包括两个1/4圆、一个半圆和两条直线，两条直线分别连接半圆和一个1/4圆；若干个直线部分001-1的方向与起始端和末端的方向垂直。
具体的，采用本实施例的方案设置的光纤阵列001的排布方式为：将一根光纤通过多组圆柱体进行绕制，可以形成具有相应光纤阵列001的结构形式。具体的，将两个圆柱体设置为一组圆柱体，两个圆柱体的截面半径为光纤阵列001中曲线部分001-2的弯曲半径，将第一组圆柱体的两个圆柱体以列的形式设置，可以采用上下分别设置一个圆柱体的方式设置，每一组中上面的为第一个圆柱体，下面的为第二个圆柱体，且以列对齐，第二组圆柱体设置于第一组圆柱体的右侧，同样采用以列的形式设置，且以列对齐，第三组圆柱体采用同样的方式设置。针对光纤的绕制过程，将一根裸光纤与第一组圆柱体的第一个圆柱体的上边缘对齐，经由第一个圆柱体的绕成1/4圆的结构，然后再向下绕向第一组圆柱体的第二个圆柱体，同样形成1/4圆的结构，然后，再从第二组圆柱体中的第二个圆柱体的右侧向上绕制，最后从第二组圆柱体中的第一个圆柱体的左侧向下绕制，完成第二组圆柱体的绕制，按照上述方式依次在第三组圆柱体和更多组圆柱体上进行绕制，最后绕制完成后，将光纤的末端设置为与起始端平行的结构，最后将绕制好的光纤从圆柱体上脱离，形成本实施例的光纤阵列001。每组圆柱体之间留有一定的微小的距离。
绕制好的光纤阵列001的具体结构如下：经第一组圆柱体绕制的光纤有上下各一个1/4圆的结构，经过第二组、第三组以及更多组的圆柱体时，在上面各有一个半圆结构，下面分别有两个1/4圆，中间为直线部分001-1，且下面两个1/4圆是一个交叉绕制，且半圆与1/4圆的结构的弯曲半径相同。光纤在绕制交叉的部分是将光纤进行交叉叠放的状态，具体的光纤阵列001的结构如图3所示。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述光纤阵列001的排布方式包括：所述光纤阵列001的排布方式包括：光纤阵列001是由一根光纤形成的，起始端和末端平行设置，所述曲线部分001-2包括若干个1/4圆和若干个半圆，所述半圆是由两个连接的1/4圆构成的；靠近起始端的第一个曲线部分001-2和第二个曲线部分001-2为1/4圆，中间部分为相同的多组结构，每组结构包括两个1/4圆、一个半圆和两条直线，两条直线分别连接半圆和一个1/4圆；若干个直线部分001-1的方向与起始端和末端的方向垂直。采用本实施例提供的方案绕成的弯弧形状是最小尺寸，按照光纤本身的特性制定的，由于光纤容易折断，因此涉及到光纤曲率的问题，所以采用这样的绕制方式是最合理的一种绕制方式，因此，采用本实施例的方案不但增加了光栅区的数据量，提升光纤光栅传感器的敏感性和测量精准度，还可以根据光纤光栅的曲率问题降低传输损耗。
在另一实施例中，所述曲线部分001-2的弯曲半径相同，所述弯曲半径的最小值为6.25cm。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述曲线部分001-2的弯曲半径相同，所述弯曲半径的最小值为6.25cm。采用本实施例提供的方案绕成的弯弧形状是最小尺寸，按照光纤本身的特性制定的，由于光纤容易折断，因此涉及到光纤曲率的问题，所以采用这样的绕制方式是最合理的一种绕制方式，因此，采用本实施例的方案不但增加了光栅区的数据量，提升光纤光栅传感器的敏感性和测量精准度，还可以根据光纤光栅的曲率问题降低传输损耗。
另外，所述光纤阵列001曲线部分001-2相对于所述基底002上的直线凹槽004为裸露状态，所述弯曲部分通过与覆盖层003粘接固定，且与基底002不粘接的方式形成光纤光栅的温度传感区域，防止基底002的形变影响温度测试的准确性。
在另一实施例中，所述多个光纤阵列001设置于同一基底002上，不同的光纤阵列001位于基底002的不同位置，所述多个光纤阵列001位于基底002不同位置的同一平面。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述多个光纤阵列001设置于同一基底002上，不同的光纤阵列001位于基底002的不同位置，所述多个光纤阵列001位于基底002不同位置的同一平面。
通过将光纤阵列001设置在基底002的不同位置，且所有光纤阵列001可以设置在基底002的同一平面上，也可以设置于基底002的不同平面上。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述多个光纤阵列001设置于同一基底002上，不同的光纤阵列001位于基底002的不同位置，所述多个光纤阵列001位于基底002不同位置的同一平面；或者所述多个光纤阵列001位于不同位置的不同平面。因此，采用本实施例提供的方案可以增加各种可能性，提供多种功能或性能参数测量的光纤光栅传感器，将光纤阵列001设置于同一平面上，光栅区距离被测物体的距离均相同，当光纤阵列001设置于不同平面上，不同光纤阵列001的光栅区与被测物体的距离不同。
在另一实施例中，所述多个光纤阵列001位于不同位置的不同平面，包括：
所述多个光纤阵列001中设置有的光纤阵列001位于基底002的一个侧面，有的光纤阵列001位于基底002的另一个侧面；所述基底002的两个侧面上均设置有直线凹槽004以容纳光纤阵列001；在设置有光纤阵列001的基底002的两个侧面上均设置覆盖层003；
或者，在所述基底002上设置的直线凹槽004具有不同的深度，将多个光纤阵列001分别设置于不同深度的直线凹槽004中，不同直线凹槽004中的光纤阵列001处于不同平面。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述多个光纤阵列001位于不同位置的不同平面，包括：所述多个光纤阵列001中设置有的光纤阵列001位于基底002的一个侧面，有的光纤阵列001位于基底002的另一个侧面；所述基底002的两个侧面上均设置有直线凹槽004以容纳光纤阵列001；在设置有光纤阵列001的基底002的两个侧面上均设置覆盖层003；或者，在所述基底002上设置的直线凹槽004具有不同的深度，将多个光纤阵列001分别设置于不同深度的直线凹槽004中，不同直线凹槽004中的光纤阵列001处于不同平面。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述多个光纤阵列001位于不同位置的不同平面，包括：所述多个光纤阵列001中设置有的光纤阵列001位于基底002的一个侧面，有的光纤阵列001位于基底002的另一个侧面；所述基底002的两个侧面上均设置有直线凹槽004以容纳光纤阵列001；在设置有光纤阵列001的基底002的两个侧面上均设置覆盖层003；或者，在所述基底002上设置的直线凹槽004具有不同的深度，将多个光纤阵列001分别设置于不同深度的直线凹槽004中，不同直线凹槽004中的光纤阵列001处于不同平面。因此，采用本实施例提供的方案可以增加各种可能性，提供多种功能或性能参数测量的光纤光栅传感器，将光纤阵列001设置于同一平面上，光栅区距离被测物体的距离均相同，当光纤阵列001设置于不同平面上，不同光纤阵列001的光栅区与被测物体的距离不同。
在另一实施例中，所述基底002为多个，每个基底002上包括若干个光纤阵列001，每个基底002之间采用柔性材料连接，多个基底002通过集成的方式设置在一个基底002板上，相邻两个基底002之间留有缝隙，根据实际需求光纤阵列001的数量，利用裁剪的方式从缝隙位置裁剪开，形成包含所需数量的光纤阵列001。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述基底002为多个，每个基底002上包括若干个光纤阵列001，每个基底002之间采用柔性材料连接，多个基底002通过集成的方式设置在一个基底002板上，相邻两个基底002之间留有缝隙，根据实际需求光纤阵列001的数量，利用裁剪的方式从缝隙位置裁剪开，形成包含所需数量的光纤阵列001。因此，使用时根据需要的光纤阵列001单元的数量，从接缝处裁剪开来就可以直接使用。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案设置所述基底002为多个，每个基底002上包括若干个光纤阵列001，每个基底002之间采用柔性材料连接，多个基底002通过集成的方式设置在一个基底002板上，每个基底002集成于所述基底002板的不同平面上。通过设置多个基底002，并且将多个基底002集成在一个基底002板上，可以使不同的基底002在基底002板上的位置以及所在平面不同，各个基底002之间采用柔性材料连接，本实施例为光纤光栅传感器提供不同的检测场景的可能性，扩大应用范围。
在另一实施例中，所述基底002之间采用柔性材料连接，包括：每个基底002都有两个自由端，相邻两个基底002的自由端相连接；
所述相邻两个基底002的自由端相连接包括：采用光纤熔接的方式连接，或者采用一根光纤制成多个基底002的方式实现两个基底002的连接。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述基底002之间采用柔性材料连接，包括：每个基底002都有两个自由端，相邻两个基底002的自由端相连接；所述相邻两个基底002的自由端相连接包括：采用光纤熔接的方式连接，或者采用一根光纤制成多个基底002的方式实现两个基底002的连接。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述基底002之间采用柔性材料连接，包括：每个基底002都有两个自由端，相邻两个基底002的自由端相连接；所述相邻两个基底002的自由端连接包括：采用光纤熔接的方式连接，或者采用一根光纤制成多个基底002的方式实现两个基底002的连接。两个基板中间连接的光纤的外面设置包层或者通过热熔胶将光纤保护加固，以防止光纤的折断损毁。
在另一实施例中，所述光纤阵列001的直线部分001-1设置并固定于所述直线凹槽004中，包括：采用结构胶粘接的方式将光纤阵列001中直线部分001-1固定于所述直线凹槽004中。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述光纤阵列001的直线部分001-1设置并固定于所述直线凹槽004中，包括：采用结构胶粘接的方式将光纤阵列001中直线部分001-1固定于所述直线凹槽004中。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述光纤阵列001的直线部分001-1设置并固定于所述直线凹槽004中，包括：采用结构胶粘接的方式将光纤阵列001中直线部分001-1固定于所述直线凹槽004中。通过结构胶或热熔胶将光纤阵列001固定在基底002的直线凹槽004上，防止由于光纤光栅传感器的在各种环境下测量时由于震动、移动等方式造成光纤的折断或脱离，影响光纤光栅传感器的测量的精度。
在另一实施例中，所述在所述裸光纤的直线部分001-1刻蚀光栅，用于测试应变；曲线部分001-2刻蚀光栅，用于测量温度，包括：采用激光刻蚀的方式在直线部分001-1间隔预第一设距离刻蚀光栅，形成光纤光栅的应力传感区域；采用激光刻蚀的方式在曲线部分001-2间隔第二预设距离刻蚀光纤，形成光纤光栅的温度传感区域；
所述直线凹槽004是在超薄玻璃的所述基底002上采用激光设备切割出的凹槽；
所述第一个光纤阵列001的起始端与最后一个光纤阵列001的末端均可连接光纤光栅解调器，包括：
采用熔接光纤接头的方式连接光纤光栅解调器。
上述技术方案的工作原理为：本本实施例采用的方案是在所述裸光纤的光栅区刻蚀光栅，包括：采用激光刻蚀的方式在直线部分001-1间隔预设距离刻蚀光栅，形成光纤光栅的应力传感区域；所述直线凹槽004是在超薄玻璃的所述基底002上采用激光设备切割出的直线凹槽004；所述第一个光纤阵列001的起始端与最后一个光纤阵列001的末端连接光纤光栅解调器，包括：采用熔接光纤接头的方式连接光纤光栅解调器。
所述基底002为超薄玻璃时，在测试外界的结构应力时，光纤中的中心波长漂移量的计算公式如下：
Figure BDA0003345214500000121
其中，
Figure BDA0003345214500000122
为中心波长的偏移量，
Figure BDA0003345214500000123
为中心波长，Pe为有效弹光系数，αf为光纤光栅的热膨胀系数，ε为光纤光栅的热光系数，αs为封装材料的热膨胀系数，ΔT为光纤光栅传感器热变化量。
根据上述中心波长偏移量确定光纤光栅的敏感程度。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案在所述裸光纤的光栅区刻蚀光栅，包括：采用激光刻蚀的方式在直线部分001-1间隔预设距离刻蚀光栅，形成光纤光栅的应力传感区域；所述直线凹槽004是在超薄玻璃的所述基底002上采用激光设备切割出的直线凹槽004；所述第一个光纤阵列001的起始端与最后一个光纤阵列001的末端均可连接光纤光栅解调器，包括：采用熔接光纤接头的方式连接光纤光栅解调器。所述光纤阵列001的两个自由端分别熔接光纤接头，使用时，将接头接入光纤光栅解调器即可。通过本实施例采用的方案可以将一根光纤通过绕制的方式绕成一个光纤阵列001，在光纤阵列001的直线部分001-1上设置有光栅区，在该光纤区可以通过激光刻蚀或紫外光刻蚀的方式形成光栅，该光栅部分通过检测物体的应力变化而产生不同的波长，从而测量物体的应力变化情况。并且本实施例采用的方案通过设置若干个直线部分001-1和若干个曲线部分001-2的阵列，将一根光纤绕制成光纤阵列001，增加光栅区，从而增加传感单元，进而提升光纤光栅的敏感性以及测量精度。所述直线部分001-1刻蚀光栅用于测试应变，所述曲线部分001-2刻蚀光栅用于测试温度。在不同的位置刻蚀光栅，对于测试的应变和温度之间互相不影响，保证测试数据的精确性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种光纤光栅传感器，其特征在于，包括：光纤阵列、基底和覆盖层；
所述光纤阵列是通过将一根裸光纤按预设的方式绕成的包括若干个直线部分和若干个曲线部分的阵列；在所述裸光纤的直线部分刻蚀光栅，用于测试应变；曲线部分刻蚀光栅，用于测试温度；
所述基底上设置有与光纤阵列的直线部分相匹配的直线凹槽，所述光纤阵列的直线部分设置并固定于所述直线凹槽中，所述覆盖层设置于所述基底的设置有光纤阵列的一侧，与基底层粘接；所述曲线部分粘接在覆盖层，与基底层分离；
所述光纤阵列的排布方式包括：光纤阵列是由一根光纤形成的，起始端和末端平行设置，所述曲线部分包括若干个1/4圆和若干个半圆，所述半圆是由两个连接的1/4圆构成的；靠近起始端的第一个曲线部分和第二个曲线部分为1/4圆，中间部分为相同的多组结构，每组结构包括两个1/4圆、一个半圆和两条直线，两条直线分别连接半圆和一个1/4圆；若干个直线部分的方向与起始端和末端的方向垂直。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述光纤阵列为多个；第一个光纤阵列的起始端与最后一个光纤阵列的末端均连接光纤光栅解调器；
在所述第一个光纤阵列和最后一个光纤阵列之间的所有光纤阵列采用串接的方式连接，形成具有串联关系的光纤阵列组；
相应的，所述基底上设置的直线凹槽的位置以及排布结构与所述光纤阵列组的结构相匹配。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述曲线部分的弯曲半径相同，所述弯曲半径的最小值为6.25cm。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述光纤阵列曲线部分相对于所述基底上的直线凹槽为裸露状态，所述曲线部分通过与覆盖层粘接固定，且与基底不粘接的方式形成光纤光栅的温度传感区域，防止基底的形变影响温度测试的准确性。
5.根据权利要求2所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述多个光纤阵列设置于同一基底上，不同的光纤阵列位于基底的不同位置，所述多个光纤阵列位于基底不同位置的同一平面。
6.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述基底为多个，每个基底上包括若干个光纤阵列，每个基底之间采用柔性材料连接，多个基底通过集成的方式设置在一个基底板上，相邻两个基底之间留有缝隙，根据实际需求光纤阵列的数量，利用裁剪的方式从缝隙位置裁剪开，形成包含所需数量的光纤阵列。
7.根据权利要求6所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述基底之间采用柔性材料连接，包括：每个基底都有两个自由端，相邻两个基底的自由端相连接；
所述相邻两个基底的自由端相连接包括：采用光纤熔接的方式连接，或者采用一根光纤制成多个基底的方式实现两个基底的连接。
8.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述光纤阵列的直线部分设置并固定于所述直线凹槽中，包括：采用结构胶粘接的方式将光纤阵列中直线部分固定于所述直线凹槽中。
9.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述在所述裸光纤的直线部分刻蚀光栅，用于测试应变；曲线部分刻蚀光栅，用于测量温度，包括：采用激光刻蚀的方式在直线部分间隔预第一设距离刻蚀光栅，形成光纤光栅的应力传感区域；采用激光刻蚀的方式在曲线部分间隔第二预设距离刻蚀光纤，形成光纤光栅的温度传感区域；
所述直线凹槽是在超薄玻璃的所述基底上采用激光设备切割出的凹槽；
所述第一个光纤阵列的起始端与最后一个光纤阵列的末端均连接光纤光栅解调器，包括：
采用熔接光纤接头的方式连接光纤光栅解调器。
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