CN114279353A - 一种蓝宝石光纤f-p腔级联sfbg的高温应变传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种蓝宝石光纤F‑P腔级联SFBG的高温应变传感器，包括镀金耐高温单模光纤，镀金耐高温单模光纤一端设有单模光纤锥形区，镀金耐高温单模光纤通过单模光纤锥形区连接有蓝宝石光纤，蓝宝石光纤远离镀金耐高温单模光纤的端面为倾角反射面；蓝宝石光纤上开设有梯形空气F‑P腔，蓝宝石光纤内部设置有蓝宝石光纤布拉格光栅，梯形空气F‑P腔位于单模光纤锥形区与蓝宝石光纤布拉格光栅之间；单模光纤锥形区外侧固定套设有不锈钢管，蓝宝石光纤外侧固定套设有刚玉管，刚玉管与蓝宝石光纤布拉格光栅对应设置。本发明可以达到温度范围室温至1800℃，应变范围0‑1500με的大范围测量效果，传感器测量灵敏度高、精度高。

Description

一种蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器。

背景技术

在航空航天飞行器、发动机、冶金、化工、机械制造等领域内，高温条件下的应变测量需求近年来愈发迫切。以航天、航空发动机健康监测为例，火箭发动机燃烧室内温度高达1700℃以上，发动机燃烧室内产生的压力脉动会造成燃烧不稳定，从而导致发动机性能下降，进而增加意外事故的发生概率。因此，对发动机燃烧室高温条件下内部应变参数进行监测具有重要的意义。理想的高温应变传感器，应具有测温上限高(传感器需要在高温工作环境下正常工作)，应变动态测量范围大(复杂力热环境下，高温、高压承力部件由于外部环境影响会产生热致和力致形变，从而引起损伤，传感器需要对大范围应变进行测量)，并能够进行原位、在线、实时的测量(需要获得承力部件实时、实地的受温、受力情况，使得接收端的反应时间降到最低)。

当前工程上应用的最广泛的是电阻应变传感器，但电阻应变传感器在高温应变测试中存在以下技术缺陷：一是绝缘阻值下降，高温或潮湿环境会导致绝缘阻值的大幅下降，从而引起性能不稳定。二是零点漂移，在恶劣条件下尤其严重。三是高温适用范围有限，难以满足1500℃以上的高温应变测试。高温下的电阻应变传感器的精确度会降低，且传感器容易损坏。因此，传统的电阻应变传感器难以承担高温应变测量的重任。

光纤应变传感器一般以石英为材料，它具有体积小、抗电磁干扰、灵敏度高等优点，适用于在恶劣环境中的测量。通常，光纤传感器在温度应变的测量领域中，主要结构有光纤法布里-珀罗(F-P)传感器和光纤布拉格光栅(FBG)传感器，但由于石英材料的限制，很难测量超过1000℃以上的高温。如中国专利申请：一种F-P腔型高温大应变光纤传感器，专利申请号：CN201922226137.X，公开日：20200612，温度测量范围可达1000℃。因此，要想完成更高温度(1000℃以上)的高温和应变测量，需要提高传感器的高温环境适应性，如采用耐高温材料作为传感媒介。

蓝宝石的熔点为2053℃，并且具有硬度高，强度高，抗腐蚀能力强等优点，故蓝宝石光纤非常适合用于高温应变的传感。目前，已有基于蓝宝石光纤的高温应变传感器的研究。如中国专利申请：一种超高温蓝宝石光纤F-P温度应变复合传感器，专利申请号：CN201910286745.1，公开日：20190906，温度测量范围可达1400℃。但温度和应变都会对光纤传感器的反射波长造成影响，从而产生温度信号和应变信号之间的串扰问题，而到目前为止，光纤高温应变传感器还存在交叉灵敏度的问题未能很好解决。此外，蓝宝石光纤是一种无包层的多模光纤，比起单模光纤而言，多模干涉会造成系统信噪比下降，进而会导致解调精度和系统稳定性变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器，包括镀金耐高温单模光纤，单模光纤锥形区，不锈钢管，蓝宝石光纤和刚玉管；在对镀金耐高温单模光纤进行拉锥之前，去除需要拉锥部分的金涂覆层，之后再进行拉锥；单模光纤锥形区通过光纤熔接机与蓝宝石光纤的端面熔接在一起，并使用不锈钢管套在单模光纤锥区的外部，以作保护作用；在蓝宝石光纤上使用飞秒激光刻写构造一个贯穿式的梯形空气F-P腔，并使用聚焦离子束技术对端面进行抛光，使端面光滑平整；在蓝宝石光纤上使用飞秒激光刻写蓝宝石光纤布拉格光栅，梯形空气F-P腔位于单模光纤锥形区与蓝宝石光纤布拉格光栅之间；蓝宝石光纤远离镀金耐高温单模光纤的一端研磨一个倾角反射面，使用直径略大于蓝宝石光纤的刚玉管套在部分蓝宝石光纤外，刚玉管位置处于能套在蓝宝石光纤光栅外而不套在梯形空气F-P腔外，使用高温密封胶填充不锈钢管和单模光纤锥形区之间的间隙，使不锈钢管固定，使用高温密封胶填充刚玉管和蓝宝石光纤之间的间隙，使刚玉管固定。

优选的，镀金耐高温单模光纤的材料主要为SiO₂，外部有一层金的涂覆层；镀金耐高温单模光纤的纤芯直径为8微米，包层外径为125微米；单模光纤锥形区得长度为15毫米。

优选的，蓝宝石光纤的光纤芯径为60微米，长度为5厘米。

优选的，梯形空气F-P腔的上底面尺寸为50×50微米，梯形空气F-P腔的下底面尺寸为30×50微米，梯形空气F-P腔远离单模光纤锥形区的平面垂直于蓝宝石光纤的纤芯方向。

优选的，蓝宝石光纤上的蓝宝石光纤布拉格光栅期为1微米，周期数为5000，刻写长度为5毫米。

优选的，倾角反射面与竖直平面间的夹角为5°～10°。

优选的，倾角反射面的范围最优选择为7°。

优选的，不锈钢管的长度为20毫米，内径为200微米，外径为500微米。

优选的，刚玉管材质的主要成分是Al₂O₃，长度为4厘米，内径为150微米，外径为300微米。

优选的，高温密封胶主要成分是无机陶瓷材料和改性固化剂，耐受温度可达1730℃。

一种基于上述蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG高温应变传感器的传感系统，包括放大自发辐射光源，光环行器，光谱仪，蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器；放大自发辐射光源的输出端与光环行器的输入端连接，光环行器的反射端与光谱仪连接，光环行器的透射端与所述蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器连接。

当蓝宝石光纤温度应变传感器所处环境的温度改变以及发生应变时，梯形空气F-P腔和蓝宝石光纤布拉格光栅由于热膨胀、热光效应以及物理拉伸会产生光纤模式有效折射率的改变和光纤的变形，导致光信号的改变；光信号通过上述系统结构进行传递后，可以在光谱仪上得到受温度和应变影响变化的，同时具有F-P腔和光栅信息的反射光谱，对光谱信息进行解调，就能够获得蓝宝石光纤温度应变传感器所处环境的温度和所受的应变。

优选的，光环行器内部为单模光纤，接头为FC/APC。

本发明基于以下工作原理：

对于光纤F-P腔而言，在光纤内部构造一个腔体，腔体的两端在光纤内形成两个平行的反射面，该腔体被称为F-P腔。根据多光束干涉的原理，干涉光谱的光强呈现极大值时，满足关系式：

式中，Φ为在F-P腔内往复传播时形成的相位差，n_eff为F-P腔的有效折射率，L为F-P腔的腔长，λ_m为某一峰值波长，当m＝1时该式可以改写为：

λ_m＝2n_effL

当光纤F-P腔周围温度发生变化时，峰值波长λ_m会产生如下变化：

两边除以λ_m，有：

其中，

是材料的热光系数，

是材料的热膨胀系数，该式中看出F-P腔的峰值波长λ_m变化和温度T变化呈线性关系。

当光纤F-P腔受到轴向应变时，所受轴向应变反应在腔长上：

其中，ε_zz是F-P腔所受轴向应变，ΔL是腔长变化值，L是腔长原长。而腔长L可由以下公式得到：

当光纤F-P腔所受轴向应变时，峰值波长λ_m会产生如下变化：

其中

上式两边除以λ_m，有：

其中

P₁₁，P₁₂都为材料的弹光系数，ε_rr＝-νε_zz为材料所受径向应变，ν为材料的泊松比，

为材料的有效弹光系数，从该式中，可以看出F-P腔的峰值波长λ_m变化和应变呈线性关系。

故F-P腔内总的高温应变响应可以写成：

其中k₁＝(δ+α)λ_m，k₂＝(1-k)λ_m，峰值波长λ_m的漂移与温度和应变呈线性关系，F-P腔包含了温度和应变的双重信息。

对于FBG而言，在光纤内部沿轴向进行周期性地折射率调制，在纤芯内发挥着反射镜的作用，满足布拉格光栅波长的光被反射，其余波长的光被透射，这样的结构叫做FBG，其中，布拉格波长满足关系式：

λ_Bragg＝2n_effΛ

其中，λ_Bragg为布拉格波长，n_eff为光纤纤芯的有效折射率，Λ为光栅栅格周期。可见，该公式与F-P腔峰值波长的公式类似，以此类推，从而也可推出下式：

Δλ_Bragg＝k₃ΔT+k₄ε_zz

当使用刚玉管对SFBG进行保护时，几乎隔离了外界应力作用，可认为ε_zz＝0，从而有：

Δλ_Bragg＝k₃ΔT

由上式，SFBG只包含由温度变化信息，通过观察SFBG的光谱可以得到传感器所处环境的温度信息；再代入F-P腔的公式中，即可对其F-P腔进行温度补偿，从而获得F-P腔光谱中所包含的应变信息，进而获得传感器所处的高温以及的所受的应变。

与现有技术相比，本发明公开了以下技术效果：

1)蓝宝石光纤内部的光纤布拉格光栅与刚玉管使用高温密封胶黏合后，可以免受外界应变的影响，作为传感器只对温度变化发生响应，能够精确地监测大范围的温度变化。

2)蓝宝石光纤内的梯形空气F-P腔，对温度和应变产生响应，通过蓝宝石光纤光栅内含的温度信息，可以进行温度补偿，对所受应变进行大范围的监测。

3)镀金单模光纤的耐高温性能好，可以正常工作于高温下；拉锥后的单模光纤锥区材质脆弱，外套不锈钢管可以对其进行有效保护。采用镀金单模光纤有效地提高了接入光纤的耐高温性能。

4)拉锥单模光纤、梯形结构的F-P腔、蓝宝石光纤末端面的倾角反射面，可以达到抑制多模传输、减少不必要端面反射的效果，改善反射光谱质量，便于接收信号的处理和解调，以获取更精确的温度和应变信息。

5)本发明可以达到温度范围室温至1800℃，应变范围0-1500με的大范围测量效果，并且能实现自解耦式的温度、应变同时测量，传感器测量灵敏度高、精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器示意图；

图2为本发明蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器中包含梯形F-P腔的部分上视图；

图3为基于本发明蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器的传感系统示意图；

图4为基于本发明蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器的应变测试系统示意图；

图5为本发明蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器的理论输出光谱；

其中，1、镀金耐高温单模光纤，2、单模光纤锥形区，3、不锈钢管，4、蓝宝石光纤，5、梯形空气F-P腔，6、高温密封胶，7、蓝宝石光纤布拉格光栅，8、倾角反射面，9、刚玉管，10、放大自发辐射光源，11、光环行器，12、光谱仪，13、蓝宝石光纤高温应变传感器及固定装置，13A、镀金耐高温单模光纤，13B、矩形陶瓷基底，13C、蓝宝石光纤高温应变传感器，13D、矩形陶瓷基底。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例的一种蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器示意图。

如图1所示，本发明所示一种蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器，包括镀金耐高温单模光纤1，单模光纤锥形区2，不锈钢管3，蓝宝石光纤4和刚玉管9；拉锥之前把需要拉锥部分光纤的金涂覆层去除；使用光纤熔接机将单模光纤锥形区2与蓝宝石光纤4端面熔接在一起；不锈钢管3外套在单模光纤锥形区2的外部以作保护；蓝宝石光纤4中，靠近单模光纤锥形区2的蓝宝石光纤4上，使用飞秒激光刻写制作梯形空气F-P腔5，随后使用聚焦离子束技术对腔的表面进行抛光；在蓝宝石光纤4上使用飞秒激光刻写蓝宝石光纤布拉格光栅7，梯形空气F-P腔5位于单模光纤锥形区2与蓝宝石光纤布拉格光栅7之间；在蓝宝石光纤4远离镀金耐高温单模光纤1的端面上研磨一个7°的倾角反射面8；刚玉管9位置处于能套在蓝宝石光纤布拉格光栅7外而不套在梯形空气F-P腔5外；使用高温密封胶6填充不锈钢管3和单模光纤锥形区2，以及刚玉管9和蓝宝石光纤4之间的间隙，使其固定。

其中，镀金耐高温单模光纤1包层直径为125微米，由石英单模光纤在外镀一层金涂覆层制作而成；单模光纤锥形区2的长度为15毫米，镀金耐高温单模光纤1的材质主要为SiO₂；不锈钢管3的长度为20毫米，内径为200微米，外径为500微米；蓝宝石光纤4的光纤芯径为60微米，长度为5厘米；在蓝宝石光纤4的前端，制作的梯形空气F-P腔5上底长度为300微米，下底长度为200毫米；在蓝宝石光纤4的后端，使用飞秒激光刻写的蓝宝石光纤布拉格光栅7长度为5毫米；刚玉管9的长度为4厘米，内径为150微米，外径为300微米，材质主要为Al₂O₃。

实际制备方法如下，将镀金耐高温单模光纤1需要拉锥的部分剥离金涂覆层之后，从轴向看，镀金耐高温单模光纤1呈现镀金-无镀金-镀金的结构，镀金耐高温单模光纤1耐热性好，作为接入光纤，能够在高温下正常工作。将包层直径125微米的镀金耐高温单模光纤1放置于高精度微纳光纤拉制平台，固定在微动控制台上，采用电控微加热头熔融光纤拉锥区，实现光纤的熔融拉锥。拉锥后的单模光纤锥形区2为15毫米，使用光纤切割刀从单模光纤锥区末端切割，切割后的拉锥型镀金耐高温单模光纤1即为图中所示的镀金耐高温单模光纤1和单模光纤锥形区2。单模光纤锥形区2可与蓝宝石光纤4端面进行熔接，拉锥后的单模光纤锥形区2传输光能与蓝宝石光纤4中的基模进行匹配，从而达到抑制蓝宝石光纤4高阶模式传输的作用，改善反射光谱质量。

由于单模光纤锥形区2材料性能变得脆弱，易受损，在外部套上长度为15毫米，内径为200微米，外径为500微米的不锈钢管3，以起到保护单模光纤锥形区2的作用。

在蓝宝石光纤4的末端面使用光纤研磨机来研磨一个7°的倾角反射面8，其目的是抑制蓝宝石光纤末端的端面反射，从而改善反射光谱质量。

在蓝宝石光纤4的后端，使用重复频率200kHz，脉冲宽度250fs，能量3.5mW的飞秒激光采用逐线法刻写长度为5毫米，周期为1微米，数目为5000的蓝宝石光纤布拉格光栅7；将长度为4厘米，内径为150微米，外径为300微米的刚玉管9套在蓝宝石光纤布拉格光栅7的外部；使用高温密封胶6填充不锈钢管3和单模光纤锥形区2，以及刚玉管9和蓝宝石光纤4的空隙，固定两者，以做到保护和隔绝应力的作用。通过刚玉管9进行保护的蓝宝石光纤布拉格光栅7，其反射光谱波长只会因外部温度改变而进行变化，而对外部的应力不产生响应。在搭建好放大自发辐射光源10、光环行器11、蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG高温应变传感器和光谱仪12组成的光路系统后，改变外界温度，通过观察光谱仪12反射谱中布拉格波长的变化即可反推出传感器周围的温度。

在蓝宝石光纤4的前端，使用飞秒激光刻蚀一个贯穿式梯形空气F-P腔5，梯形体的上底面尺寸为50×50微米，下底面尺寸为30×50微米，两底面右侧两条边构成的平面垂直于光纤纤芯方向。飞秒激光加工后的梯形空气F-P腔5内蓝宝石表面比较粗糙，随后使用聚焦离子束技术对梯形空气F-P腔5表面进行抛光，抛光过后的梯形空气F-P腔5表面光滑，目的是提升其反射光谱质量，便于观察和解调。梯形空气F-P腔5的腔长会随着蓝宝石光纤4周围温度和所受应变的变化而变化，在搭建光路后，先通过反射光谱中所含的蓝宝石光纤布拉格光栅7信息反推得到温度信息，再将温度信息代入反射光谱中梯形空气F-P腔5因温度和应变所导致的变化，进行温度补偿，从而反推出传感器所受的应变。另外地，梯形结构也可以抑制蓝宝石光纤中的多模传输，从而改善反射光谱质量。以上所述结构传感器能够达到温度范围室温至1800℃，应变范围0-5000με的大范围测量效果，并且能实现自解耦式的温度、应变同时测量，传感器测量灵敏度高、精度高。

图2是本发明实施例中一种蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器的部分上视图，展示了梯形空气F-P腔5的部分，梯形体的上底面尺寸为50×50微米，下底面尺寸为30×50微米；采用该视角可以更完整、更直观地表现出梯形空气F-P腔5的实际构造。

图3是本发明实施例的基于一种蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器的传感系统示意图。包括放大自发辐射光源10，光环行器11，光谱仪12，蓝宝石光纤高温应变传感器及固定装置13。将放大自发辐射光源10接入光环行器11的输入端，光环行器11的反射端接到光谱仪12，透射端接到蓝宝石光纤高温应变传感器及固定装置13。光路从放大自发辐射光源10出发，经过光环行器11透射端传输到蓝宝石光纤高温应变传感器及固定装置13后，由于梯形空气F-P腔5和蓝宝石光纤布拉格光栅7的反射作用，光路反射回光环行器11，从反射端输出到光谱仪12，在光谱仪12上可以得到包含上述光路变化信息的光谱。当蓝宝石光纤高温应变传感器13C周围的温度和所受应变发生变化时，由于热膨胀、热光效应、弹光效应以及物理拉伸会产生光纤模式有效折射率的改变和光纤的变形，导致传感器内传输光信号的改变；具体而言，蓝宝石光纤布拉格光栅7由于外套刚玉管9不受外界应力影响，光谱只包含温度变化信息；梯形空气F-P腔5的光谱则包含温度变化和应变信息。光谱仪12中的光谱信息是梯形空气F-P腔5和蓝宝石光纤布拉格光栅7光谱信息的叠加，通过光栅的温度信息对F-P腔光谱信息进行温度补偿，可以得到F-P腔所含应变信息，从而获得蓝宝石光纤高温应变传感器13C周围所处温度和所受应变。

图4是本发明实施例中的基于蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器的应变测试系统示意图。图4也为图3中蓝宝石光纤高温应变传感器及固定装置13的详细说明图。包括镀金耐高温单模光纤13A，矩形陶瓷基底13B，蓝宝石光纤高温应变传感器13C，矩形陶瓷基底13D。将定制的两个矩形陶瓷作为基底，其中矩形陶瓷基底13B，矩形陶瓷基底13D的长、宽、高都为1×2×1厘米，矩形陶瓷基底13B的侧面有一个直径为200微米的贯穿式的小孔。将蓝宝石光纤高温应变传感器中的镀金耐高温单模光纤1由小孔穿过矩形陶瓷基底13B，使用高温密封胶6将光纤固定在矩形陶瓷基底13B内，从矩形陶瓷基底13B穿出去的部分即为镀金耐高温单模光纤13A。将蓝宝石光纤高温应变传感器13C中的刚玉管9使用高温密封胶6与矩形陶瓷基底13D进行固定。在该结构中，矩形陶瓷基底可以在高温下存活，将传感器黏附在两个矩形陶瓷基底中间可以达到固定传感器的作用。该结构可以对蓝宝石光纤高温应变传感器13C进行固定，实际测量中再将矩形陶瓷基底固定在处于待测环境中的材料上，该蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器即可在目标环境下进行高温应变的测量。

图5是本发明实施例中的蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器的理论输出光谱。由于传感器反射光谱为F-P干涉仪与蓝宝石光纤光栅反射谱的集合，所以需利用两者差异性，对分峰截幅的位置进行精确把控。当温度和应变同时变化时，由于最突出的峰(FBG峰)的偏移只包含温度信息，可以通过其峰值偏移量来得到温度的改变，再对F-P干涉仪的多峰干涉光谱进行温度补偿，即可获取应变信息。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器，其特征在于，包括镀金耐高温单模光纤(1)，所述镀金耐高温单模光纤(1)一端设有单模光纤锥形区(2)，所述镀金耐高温单模光纤(1)通过所述单模光纤锥形区(2)连接有蓝宝石光纤(4)，所述蓝宝石光纤(4)远离所述镀金耐高温单模光纤(1)的端面为倾角反射面(8)；所述蓝宝石光纤(4)上开设有梯形空气F-P腔(5)，所述蓝宝石光纤(4)内部设置有蓝宝石光纤布拉格光栅(7)，所述梯形空气F-P腔(5)位于所述单模光纤锥形区(2)与所述蓝宝石光纤布拉格光栅(7)之间；所述单模光纤锥形区(2)外侧固定套设有保护套，所述保护套由于保护单模光纤锥形区(2)，所述蓝宝石光纤(4)外侧固定套设有刚玉管(9)，所述刚玉管(9)与所述蓝宝石光纤布拉格光栅(7)对应设置。

2.根据权利要求1所述的蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器，其特征在于，所述镀金耐高温单模光纤(1)的纤芯直径为8微米，包层外径为125微米；所述单模光纤锥形区(2)的长度为15毫米。

3.根据权利要求1所述的蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器，其特征在于，所述蓝宝石光纤(4)的光纤芯径为60微米，长度为5厘米。

4.根据权利要求1所述的蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器，其特征在于，所述梯形空气F-P腔(5)的上底面尺寸为50×50微米，所述梯形空气F-P腔(5)的下底面尺寸为30×50微米，所述梯形空气F-P腔(5)远离所述单模光纤锥形区(2)的平面垂直于所述蓝宝石光纤(4)的纤芯方向。

5.根据权利要求1所述的蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器，其特征在于，所述蓝宝石光纤布拉格光栅(7)的周期为1微米，周期数为5000，所述蓝宝石光纤布拉格光栅(7)的长度为5毫米。

6.根据权利要求1所述的蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器，其特征在于，所述倾角反射面(8)与竖直平面间的夹角为5°～10°。

7.根据权利要求1所述的蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器，其特征在于，所述保护套为不锈钢管(3)，所述不锈钢管(3)的长度为20毫米，内径为200微米，外径为500微米。

8.根据权利要求1所述的蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器，其特征在于，所述刚玉管(9)的长度为4厘米，内径为150微米，外径为300微米。

9.一种基于权利要求1所述的蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器的传感系统，其特征在于，包括放大自发辐射光源(10)，光环行器(11)，光谱仪(12)，蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器；所述放大自发辐射光源(10)的输出端与所述光环行器(11)的输入端连接，所述光环行器(11)的反射端与所述光谱仪(12)连接，所述光环行器(11)的透射端与所述蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器连接。

10.根据权利要求9所述的基于蓝宝石光纤F-P腔级联SFBG的高温应变传感器的传感系统，其特征在于，所述光环行器(11)内部为单模光纤，所述光环行器(11)的接头为FC/APC。

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