CN117664017A - 一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光纤检测技术领域，提供一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器及系统，传感器包括安装座、第一光纤、第二光纤和固定件，安装座为菱形的框架结构；安装座开设有第一凹槽和第二凹槽，两个第一凹槽的延伸方向与菱形的第一对角线重合，两个第二凹槽的延伸方向与菱形的第二对角线重合，第一光纤的两端分别固定在两个第一凹槽上，第二光纤的两端分别固定在两个第二凹槽上；两个固定件相对设置在菱形的顶点。该传感器通过两个栅区的波长变化差异，能够精准地消除由于温度而引起的波长漂移，提高了传感器的检测灵敏度。且该传感器结构简单，封装方便，能够同时满足量程需求和检测精度的要求。

Description

一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器及系统

技术领域

本申请涉及光纤检测技术领域，尤其涉及一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器及系统。

背景技术

在铁路、航空航天和船舶等重要领域，光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Gratings，FBG）应变传感器以其可调波长、易解调和高精度的特点被广泛应用。这些传感器利用光纤中的布拉格光栅结构，能够实现对应变的测量。然而，尽管光纤布拉格光栅应变传感器具有许多优势，但仍存在中心波长随温度变化而产生波长漂移的缺点。这导致了应变和温度之间的交叉敏感现象，从而影响了光纤光栅传感器的测量精度。当温度发生变化时，波长漂移使得应变和温度无法被准确区分，给测量结果带来误差。此外，光纤光栅传感器的灵敏度通常无法满足复杂工程环境的要求，从而进一步限制了其应用范围，而现有的光纤传感器大多通过放大应变变化来对传感器进行增敏，而这会缩小传感器的量程。

因此，亟需提供一种既能满足量程需求又精度高的传感器。

发明内容

本申请提供了一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器及系统，以解决现有传感器无法同时满足量程需要和检测精度的技术问题。

本申请第一方面提供的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器包括：安装座，安装座为框架结构，框架结构为菱形；其中，安装座开设有位于相同壁面的两个第一凹槽和两个第二凹槽，两个第一凹槽的延伸方向均与菱形的第一对角线重合，两个第二凹槽的延伸方向均与菱形的第二对角线重合，两个第一凹槽对称设置在第二对角线的两侧，两个第二凹槽对称设置在第一对角线的两侧；第一凹槽与第二凹槽的槽深不同；第一光纤，第一光纤的两端分别固定在两个第一凹槽上，且第一光纤的两个固定点对称设置在第二对角线的两侧；第二光纤，第二光纤的两端分别固定在两个第二凹槽上，且第二光纤的两个固定点对称设置在第一对角线的两侧；其中，第一光纤与第二光纤的温度系数和应变系数均相同，且第一光纤和第二光纤间隔设置，第一光纤和第二光纤串联；两个固定件，两个固定件相对设置在安装座的顶点，且两个固定件对称设置在第一对角线或第二对角线的两侧；其中，高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器的灵敏度等于第一光纤或第二光纤的灵敏度的二倍。

在一些可行的实现中，第一光纤包括第一栅区，第一栅区位于第一光纤的中心区域；第二光纤包括第二栅区，第二栅区位于第二光纤的中心区域；其中，第一栅区和第二栅区的中心点均与菱形的中心点重合。

在一些可行的实现中，第一栅区和第二栅区以相同的预紧波长安装在安装座，预紧波长为1nm~3nm。

在一些可行的实现中，第一光纤采用胶水或玻璃焊的方式粘贴在安装座，且第一光纤的粘贴点之间的距离等于第一对角线的长度；第二光纤采用胶水或玻璃焊的方式粘贴在安装座，且第二光纤的粘贴点之间的距离等于第二对角线的长度。

在一些可行的实现中，第一栅区的波长为1550nm，第二栅区的波长为1535nm。

在一些可行的实现中，第一凹槽的截面形状为U型或V型；第二凹槽的截面形状为U型或V型。

在一些可行的实现中，菱形为正方形，菱形的长度为30mm-150mm，厚度为0.5mm-10mm。

在一些可行的实现中，固定件与安装座一体成型。

在一些可行的实现中，安装座为不锈钢材质，第一光纤和第二光纤均为石英光纤。

本申请第二方面提供的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感系统，包括：第一方面提供的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器；其中，所高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器通过固定件安装在被测物体上；在被测物体随外界环境变化时，安装座带动第一光纤的第一栅区和第二光纤的第二栅区的中心波长漂移量发生变化，高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器产生检测光信号，光纤解调仪，第一光纤和第二光纤串联后与光纤解调仪相连；光纤解调仪被配置为接收并解调检测光信号；控制器，与光纤解调仪相连，控制器被配置为，根据解调后的检测光信号计算外界环境变化时的应变。

本申请提供的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感及系统，传感器包括安装座、第一光纤、第二光纤和固定件。安装座为框架结构，框架结构为菱形；其中，安装座开设有两个第一凹槽和两个第二凹槽，两个第一凹槽的延伸方向与菱形的第一对角线重合，两个第二凹槽的延伸方向与菱形的第二对角线重合，两个第一凹槽对称设置在第二对角线的两侧，两个第二凹槽对称设置在第一对角线的两侧；第一凹槽与第二凹槽的槽深不同；第一光纤的两端分别固定在两个第一凹槽上，且第一光纤的两个固定点对称设置在第二对角线的两侧；第二光纤的两端分别固定在两个第二凹槽上，且第二光纤的两个固定点对称设置在第一对角线的两侧；其中，第一光纤与第二光纤的温度系数和应变系数均相同，且第一光纤和第二光纤间隔设置，第一光纤和第二光纤串联；两个固定件相对设置在菱形的顶点，且两个固定件对称设置在第一对角线或第二对角线的两侧；其中，传感器的灵敏度等于第一光纤或第二光纤的灵敏度的二倍。该传感器利用粘贴在菱形的框架结构上的第一光纤和第二光纤随应力、温度影响引起的波长变化，通过两个栅区的波长变化差异，能够精准地消除由于温度而引起的波长漂移，提高了传感器的检测灵敏度。且该传感器结构简单，封装方便，能够同时满足量程需求和检测精度的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器的膨胀原理示意图；

图3是本申请实施例提供的一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器的结构变形原理示意图。

图示标记：

100-高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器；10-安装座；11-第一凹槽；12-第二凹槽；20-第一光纤；21-第一栅区；30-第二光纤；31-第二栅区；40-固定件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的其他实施例，都属于本申请的保护范围。

以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，本申请中，“上”、“下”、“内”、“外”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

在铁路、航空航天和船舶等重要领域，光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Gratings，FBG）应变传感器以其可调波长、易解调和高精度的特点被广泛应用。这些传感器利用光纤中的布拉格光栅结构，能够实现对应变的测量。然而，尽管光纤布拉格光栅应变传感器具有许多优势，但仍存在中心波长随温度变化而产生波长漂移缺点。这导致了应变和温度之间的交叉敏感现象，从而影响了光纤光栅传感器的测量精度。当温度发生变化时，波长漂移使得应变和温度无法被准确区分，给测量结果带来误差。

此外，光纤光栅传感器的灵敏度通常无法满足复杂工程环境的要求，从而进一步限制了其应用范围，而现有的光纤传感器大多通过放大应变变化来对传感器进行增敏，而这会缩小传感器的量程。

为了解决上述技术问题，本申请提供一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器，采用菱形的框架结构和粘贴式光纤，通过两个光纤中栅区的波长变化差异来提高传感器的灵敏度，并消除了温度对应变测量的交叉影响。通过在内角为90°的菱形结构的封装基片上粘贴的两个光纤，可以使传感器对应变更加敏感，从而实现更精确的测量。此外，该封装方式的传感器能够消除温度对应变测量的影响，提高了传感器测量结果的准确度。本申请具有结构简单、制作方便等优点，为工程监测和结构安全评估提供了更可靠和准确的数据支持。

图1是本申请实施例提供的一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器的结构示意图。

参见图1，高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100包括安装座10、第一光纤20、第二光纤30和固定件40。

安装座10为框架结构，框架结构为菱形。安装座10安装在被测物体上。

在一个具体的实现中，安装座10可以为不锈钢材质，这样，可以保证安装座10的强度，以及避免在户外工作时产生腐蚀现象。

在一个具体的实现中，菱形的长度可以为100mm，厚度可以为8mm。

安装座10上开设有两种凹槽结构，分别为第一凹槽11和第二凹槽12，且第一凹槽11和第二凹槽12的数量均为两个。且第一凹槽11和第二凹槽12位于安装座的同侧，四个凹槽结构在安装座10的相同的壁面上。示例的，两个第一凹槽11和两个第二凹槽12均开设在安装座10的第一壁面，与第一壁面相对的壁面可以为第二壁面，第二壁面也即安装面，使安装面与被测物体的表面贴合，并将安装座10安装在被测物体上。其中，第一壁面可以为上壁面，第二壁面可以为下壁面。第一凹槽11的延伸方向与菱形的第一对角线重合，两个第一凹槽11对称设置在第二对角线的两侧，其中，第一对角线和第二对角线为菱形的两条相互垂直的对角线。

以菱形的四个顶点分别为A、B、C、D为例进行介绍。第一对角线可以为AC，第一对角线AC水平设置，第二对角线可以为BD，第二对角线BD垂直设置。其中，两个第一凹槽11中的一个可以从顶点A沿着第一对角线AC向框架结构的中心方向开槽。两个第一凹槽11中的另一个可以从顶点C沿着第一对角线AC向框架的中心方向开槽。

两个第二凹槽12的延伸方向与菱形的第二对角线BD重合，两个第二凹槽12对称设置在第一对角线AC的两侧。

其中，两个第二凹槽12中的一个可以从顶点B沿着第二对角线BD向框架结构的中心方向开槽，两个第二凹槽12中的另一可以从顶点D沿着第二对角线BD向框架结构的中心方向开槽。

这样，两个第一凹槽11的延伸方向均与第一对角线AC重合，且两个第一凹槽11对称设置在第二对角线BD的两侧。

第一光纤20的两端分别固定在两个第一凹槽11上，且第一光纤20的两个固定点对称设置在第二对角线BD的两侧。

第二光纤30的两端分别固定在两个第二凹槽12上，且第二光纤30的两个固定点对称设置在第一对角线AC的两侧。

也就是说，第一光纤20的固定点可以根据实际的情况进行调整，需满足第一光纤20的两个固定点关于第二对角线对称；第二光纤30的固定点可以根据实际的情况进行调整，需满足第二光纤30的两个固定点关于第一对角线对称。

其中，每个第一凹槽11中均包括靠近第二对角线BD的一侧的槽壁和背离第二对角线一侧的槽壁，在一个具体的实现中，第一光纤20可以设置在两个第一凹槽11中两个背离第二对角线BD一侧的槽壁上。也就是第一光纤20的两端可以分别固定在顶点A和顶点C。

每个第二凹槽12中均包括靠近第一对角线AC的一侧的槽壁和背离第一对角线AC一侧的槽壁，第二光纤30可以设置在两个第二凹槽12中两个背离第一对角线AC一侧的槽壁上。也就是第二光纤30的两端可以分别固定在顶点B和顶点D。也就是说，第一凹槽11和第二凹槽12的一端均为菱形的顶点。两个第一凹槽11和两个第二凹槽12可以均以菱形的四个顶点分别沿着第一对角线AC和第二对角线BD延伸。其中，可以采用胶水或者玻璃焊的方法将第一光纤20和第二光纤30以点粘贴的方式分别粘贴在安装座10的第一凹槽11和第二凹槽12上。这样，点A和点C即为第一光纤20的两个粘贴点，点B和点D即为第二光纤30的两个粘贴点。这样，第一光纤20的粘贴点之间的距离可以为第一对角线AC的长度，第二光纤30的粘贴点之间的距离可以为第二对角线BD的长度。这样，能够保证第一光纤20和第二光纤30受外界变化时的状态一致。具体地，胶水可以为353ND光纤固定胶水。第一光纤20和第二光纤30的尾纤的保护套管可以为特氟龙套管和玻璃纤维套管。第一光纤20和第二光纤30的表面涂覆层可以为聚酰亚胺。

在一些可行的实现中，菱形具体可以为正方形，菱形的长度为30mm-150mm，厚度为0.5mm-10mm。也就是说，本申请实施例中，菱形的框架结构的尺寸取值范围较大，最小尺寸可以为30mm，最大尺寸可以为150mm。

这样，第一光纤20和第二光纤30的固定位置可以根据安装座10的实际尺寸进行调整，上述实施例中，顶点A、C可以为第一光纤20的两个粘贴点，顶点B、D可以为第二光纤30的两个粘贴点，此时可以采用尺寸较小的安装座10，示例的，尺寸较小的安装座10的长度可以为30mm-80mm。

与上述实施例不同的是，在另一个具体的实现中，在采用尺寸较大的安装座10时，为了安装方便，可以将四个粘贴点向圆心O方向移动。其中，点A1、C1可以为第一光纤20的粘贴点，点B1、D1可以为第二光纤30的粘贴点，且AA1、CC1、BB1、DD1的长度相同。也就是说，此时，可以将A1C1看作为菱形的第一对角线，B1D1看作为菱形的第二对角线。其中，A1、C1、B1、D1可以分别为第一凹槽11和第二凹槽12的中心点。

其中，第一光纤20和第二光纤30的温度系数和应变系数均相同。第一光纤20和第二光纤30可以为石英光纤。石英光纤具有机械强度高、弯曲性能好的优点。

具体的，第一光纤20和第二光纤30串联连接，以使本申请实施例提供的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100可以与多个传感器连接形成传感器阵列。

在一些可行的实现中，第一光纤20包括第一栅区21，第一栅区21位于第一光纤20的中心区域。第二光纤30包括第二栅区31，第二栅区31位于第二光纤30的中心区域。其中，第一栅区21可以是在第一光纤20上刻写形成的，第二栅区31可以是在第二光纤30上刻写形成的，且第一栅区21和第二栅区31的中心点均与菱形的中心点重合。

继续参见图1，第一栅区21为第一光纤20中心区域长度为L的部分，第二栅区31为第二光纤30中心区域长度同为L的部分，通过设置栅区长度相同的第一栅区21和第二栅区31，使得第一光纤20和第二光纤30受环境温度的影响相同，便于有效保证检测准确性。

在一些具体的实现中，L可以为10mm-12mm。

在一个具体的实现中，L可以为10.5mm或11mm。

具体地，由于安装座10为菱形的框架结构，因此在检测过程中，若受外力拉扯时，菱形的框架结构可以相对中心发生变化。设置第一栅区21和第二栅区31的长度均相对菱形的中心点对称。这样，在受到外力作用下，第一栅区21和第二栅区31的变化均相对中心点对称。

在一些可行的实现中，第一栅区21和第二栅区31可以以相同的预紧波长安装在安装座10，预紧波长可以为1nm~3nm。

在一个具体的实现中，预紧波长可以为3nm，以第一栅区21的波长为1550nm、第二栅区31的波长为1535nm为例，预紧后的第一栅区21的波长为1553nm、第二栅区31的波长为1538nm。

第一凹槽11和第二凹槽12的深度不同，在安装第一光纤20和第二光纤30时，可以设置第一光纤20和第二光纤30间隔设置。这样，在高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100工作过程中，第一光纤20和第二光纤30之间不发生干涉且第一光纤20与第二光纤30呈垂直且异面的关系。

具体地，第一光纤20可以安装在第一凹槽11的槽底壁或第一凹槽11的槽侧壁。第二光纤30可以安装在第二凹槽12的槽底壁或第二凹槽12的槽侧壁。在安装时，应将第一光纤20和第二光纤30同时设置在槽底壁或者槽侧壁位置，以保证检测的准确性。

在一些具体的实现中，第一凹槽11的截面形状为U型或V型；第二凹槽12的截面形状为U型或V型。优选的，第一凹槽11和第二凹槽12应采用具有相同截面形状的凹槽结构，例如，同为U型槽或同为V型槽。

示例的，当采用截面形状为U型的第一凹槽11和第二凹槽12时，第一光纤20和第二光纤30可以分别粘贴在第一凹槽11和第二凹槽12的槽底壁。

示例的，当采用截面形状为V型的第一凹槽11和第二凹槽12时，第一光纤20和第二光纤30可以分别粘贴在第一凹槽11和第二凹槽12的槽侧壁。

两个固定件40相对设置在安装座10的顶点，且两个固定件40对称设置在第一对角线和第二对角线的两侧。

这样，两个固定件40相对菱形的对角线对称设置，在受外力作用时，安装座10的受力均衡，能够有效保证检测精度。同时，两个固定件40将被测物体的形变传递给菱形的框架结构，使得菱形的两条对角线的产生拉伸-压缩或压缩-拉伸的变化，从而带动粘贴在框架结构上的第一栅区21和第二栅区31产生拉伸-压缩或压缩-拉伸的变化，进而实现应变的测量。

在一个具体的实现中，继续参见图1，两个固定件40相对设置在第二对角线BD的两侧。在其他具体的实现中，两个固定件40可以相对设置在第一对角线AC的两侧。其中，每个固定件40可以包括两个通孔，用于将安装座10固定在被测物体上。

在一个具体的实现中，固定件40与安装座10一体成型设计，一体成型设置的固定件40和安装座10能够保证高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100整体的结构稳定性且受力均匀。

这样，本申请实施例提供的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100，利用粘贴在菱形的框架结构上的第一光纤20和第二光纤30随应力、温度影响引起的波长变化，通过两个栅区的波长变化差异，能够精准地消除由于温度变化而引起的波长漂移，提高了高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100的检测灵敏度。且该高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100结构简单，封装方便。

为了更好底阐述本申请实施例提供的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100，下面对该高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100的工作原理进行介绍。

高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100可以通过固定件40将安装座10通过胶水粘结、金属焊接或螺纹连接的方式固定在被测物体上，通过高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100与被测物体的紧密接触，保证被测物体发生形变时，形变可以快速通过安装座10传递至第一栅区21和第二栅区31，有效保证了高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100的响应速度。

在外界环境引起变化时，第一栅区21和第二栅区31的中心波长变化引起的因素包括压缩和拉伸引起光栅应变、温度引起的热光效应和热膨胀效应，第一栅区21和第二栅区31的中心波长变化均满足公式1。

公式1

其中，为FBG的中心波长，/>为FBG的波长漂移量，/>为光纤的弹光系数，/>为光纤的热光系数，/>为光纤的热膨胀系数，/>表示温度变化，/>为高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100受到应力引起的应变。

图2是本申请实施例提供的一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器的膨胀原理示意图。

参见图2，当高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100只受到环境温度变化时，依据第一光纤20和第二光纤30的布置位置及固定方式可知，两者受到同样的热光效应和热膨胀效应的影响，第一栅区21和第二栅区31的波长随着温度变化同步增加或减少。当高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100产生微小膨胀时，安装座10的四个顶点位置由原来的A、B、C、D变为、/>、/>、/>。

图3是本申请实施例提供的一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器的结构变形原理示意图。

参见图3，当高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100只受到压缩拉伸力时，将菱形的框架结构与第一光纤20和第二光纤30之间看作无损耗的刚性连接，由于不锈钢材质的框架结构的变形属于微小变形，菱形边长可看为常量。横向的拉力使横向粘贴的第一栅区21波长增加，纵向的第二栅区31波长减小。当高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100随被测物体被拉伸时，安装座10的四个顶点位置由原来的A、B、C、D变为、/>、/>、/>。具体地，在高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100被拉伸过程中，框架结构的安装座10中的第一对角线AC被拉伸，长度增大，第二对角线BD收缩，长度减小。这样，第一光纤20被拉伸，第二光纤30收缩，进而实现应变的测量。其中，图2和图3中，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴。

继续参见图3，取菱形的四分之一进行阐述，以左侧上方的三角形为例，未变化前的三角形为，变化后的三角形为/>。其中，斜边AB的长度与斜边/>的长度相等。由勾股定理可以得到公式2：

公式2

其中，为斜边长度，/>为第一光纤20的粘贴长度，也就是第一对角线AC的长度，/>为第二光纤30的粘贴长度，也就是第二对角线BD的长度，/>为第一光纤20的伸长量，也即线段/>的距离，/>为第二光纤30的收缩量，也即线段/>的长度。

由于安装座10为不锈钢材质，故，/>很小，忽略/>和/>两个高阶无穷小量，则可以得到公式3：

公式3

结合公式2和公式3可知，与/>近似相等，即第一栅区21和第二栅区31由于高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100受力产生的应变量相同。

因此，第一栅区21和第二栅区31的波长漂移量，/>分别可以表示为公式4：

公式4

其中，，/>分别为应变系数和温度系数，/>为高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100受到应力引起的应变，/>为温度变化量。

通过式公式4中与/>相减，可消除温度的影响，且使得高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100应变灵敏度加倍提升，有下面公式5表示：

公式5

其中，为第一栅区21和第二栅区31的波长漂移量的差值，/>为高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100的应变系数。

具体地，以菱形内角为90°、对角线长度为10cm的框架结构的不锈钢安装座10为例，第一栅区21和第二栅区31分别选用室温下中心波长为1550nm和/>为1535nm的石英光纤；两石英光纤同时预紧3nm，预紧后第一栅区21和第二栅区31的中心波长分别为1553nm和1538nm。若某一时刻将高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100拉伸1000µε，此时/>，/>分别为1554.2nm和1536.8nm。按照一般的计算方式，单根光栅（例如横向设置的第一栅区21）波长变化量为（1554.2-1553）nm，即1.2nm，则对应的应变灵敏度系数为1.2pm/µε。而通过本文计算方式，将两个波长相减的差值/>满足下述公式6：

公式6

即=2.4nm时，对应应变灵敏度系数为2.4pm/µε，在应变量程不变的情况下，有效增加了高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100应变灵敏度。也即，高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100的灵敏度等于第一光纤20或第二光纤30的灵敏度的二倍。其中，第一光纤20和第二光纤30灵敏度相同。

本申请还提供一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感系统的实施例，该传感系统包括上述任一实施提供的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100、光纤解调仪和控制器，高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100通过固定件40安装在被测物体上。

可以通过光纤将第一光纤20和第二光纤30串联，第一光纤20和第二光纤30串联后与光纤解调仪相连。在被测物体随外界环境变化时，安装座10带动第一光纤20的第一栅区21和第二光纤30的第二栅区31的中心波长漂移量发生变化，高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100产生检测光信号，并将检测光信号发送给光纤解调仪，光纤解调仪在接收到检测光信号后，对其进行解调处理，并将解调后的检测光信号发送给控制器。

控制器可以根据解调后的检测光信号，计算外界环境变化时，被测物体的应变情况。

其中，控制器可以为计算机，还可以为具有控制和运算功能的其他设备。

本申请实施例提供的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感系统可以消除温度对应变测量结果的影响，应变灵敏度得到加倍提升，且本身量程并未随着应变灵敏度的提高而缩减，高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器100量程不变，这样，通过控制器计算得到的应变值较为准确，有效保证检测精度。

需要说明的是，本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器，其特征在于，包括：

安装座，所述安装座为框架结构，所述框架结构为菱形；其中，所述安装座开设有位于相同壁面的两个第一凹槽和两个第二凹槽，两个所述第一凹槽的延伸方向均与所述菱形的第一对角线重合，两个所述第二凹槽的延伸方向均与所述菱形的第二对角线重合，两个所述第一凹槽对称设置在所述第二对角线的两侧，两个所述第二凹槽对称设置在所述第一对角线的两侧，所述第一凹槽与所述第二凹槽的槽深不同；

第一光纤，所述第一光纤的两端分别固定在两个所述第一凹槽上，且所述第一光纤的两个固定点对称设置在所述第二对角线的两侧；

第二光纤，所述第二光纤的两端分别固定在两个所述第二凹槽上，且所述第二光纤的两个固定点对称设置在所述第一对角线的两侧；其中，所述第一光纤与所述第二光纤的温度系数和应变系数均相同，且所述第一光纤和所述第二光纤间隔设置，所述第一光纤和所述第二光纤串联；

两个固定件，两个所述固定件相对设置在所述安装座的顶点，且两个所述固定件对称设置在所述第一对角线或所述第二对角线的两侧；其中，所述高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器的灵敏度等于所述第一光纤或所述第二光纤的灵敏度的二倍。

2.根据权利要求1所述的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器，其特征在于，

所述第一光纤包括第一栅区，所述第一栅区位于所述第一光纤的中心区域；

所述第二光纤包括第二栅区，所述第二栅区位于所述第二光纤的中心区域；其中，所述第一栅区和所述第二栅区的中心点均与所述菱形的中心点重合。

3.根据权利要求2所述的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器，其特征在于，

所述第一栅区和所述第二栅区以相同的预紧波长安装在所述安装座，所述预紧波长为1nm~3nm。

4.根据权利要求1所述的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器，其特征在于，

所述第一光纤采用胶水或玻璃焊的方式粘贴在所述安装座，且所述第一光纤的粘贴点之间的距离等于所述第一对角线的长度；

所述第二光纤采用胶水或玻璃焊的方式粘贴在所述安装座，且所述第二光纤的粘贴点之间的距离等于所述第二对角线的长度。

5.根据权利要求2所述的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器，其特征在于，

所述第一栅区的波长为1550nm，所述第二栅区的波长为1535nm。

6.根据权利要求1所述的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器，其特征在于，

所述第一凹槽的截面形状为U型或V型；所述第二凹槽的截面形状为U型或V型。

7.根据权利要求1所述的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器，其特征在于，

所述菱形为正方形，所述菱形的长度为30mm-150mm，厚度为0.5mm-10mm。

8.根据权利要求1所述的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器，其特征在于，

所述固定件与所述安装座一体成型。

9.根据权利要求1所述的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器，其特征在于，

所述安装座为不锈钢材质，所述第一光纤和所述第二光纤均为石英光纤。

10.一种高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至9中任一项所述的高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器；其中，所述高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器通过固定件安装在被测物体上；在所述被测物体随外界环境变化时，所述安装座带动所述第一光纤的第一栅区和所述第二光纤的第二栅区的中心波长漂移量发生变化，所述高灵敏度温度自补偿型光纤光栅应变传感器产生检测光信号；

光纤解调仪，所述第一光纤和所述第二光纤串联后与所述光纤解调仪相连；所述光纤解调仪被配置为：接收并解调所述检测光信号；

控制器，与所述光纤解调仪相连，所述控制器被配置为，根据解调后的所述检测光信号计算外界环境变化时的应变。