CN200993682Y - 一种金属化光纤光栅及光纤光栅应变传感器 - Google Patents

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丁桦
叶晓平
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Abstract

本实用新型提供了一种金属化光纤光栅及光纤光栅应变传感器，属于光纤光栅传感技术领域。该金属化光纤光栅两端表面10mm长度内涂镀一层金属；该光纤光栅应变传感器包括：传感基体和金属化光纤光栅，金属化光纤光栅通过金属层焊接于传感基体上，或者将金属化光纤光栅通过金属层焊接于金属镍管中，再将金属镍管焊接于传感基体上。采用无胶封装结构可以保证光纤光栅应变传感器的长期稳定性，可应用于大型钢结构、桥梁等钢表面应变检测领域。

Description

一种金属化光纤光栅及光纤光栅应变传感器
技术领域
实用新型涉及光纤光栅传感器技术领域，尤其涉及一种金属化光纤光栅及光纤光栅应变传感器，适合于各种应变或应力的高精度测量。
背景技术
光纤光栅传感技术是随着光纤光栅制作技术及光纤光栅通信技术的发展而崛起的崭新的传感技术。与普通光纤传感器相比，其传感信号直接调制于光波波长，不受强度起伏、连接损耗及光纤弯曲损耗等影响，稳定性好，测量精度高；同时便于利用波分复用技术串联多个光纤光栅形成分布式传感网络，因此光纤光栅传感器技术有着广阔的应用前景。
光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，在光纤纤芯内形成空间相位光栅。当多波长信号入射进入光栅时，满足光栅反射条件的某个波长信号(称为Bragg波长)，会被耦合成反向波并沿原光纤线路反向传输。
光纤光栅传感的基本原理是：温度、应变和应力等物理量的变化会引起光纤光栅的栅距和有效折射率的变化，从而使光纤光栅反射的Bragg波长发生漂移，通过检测光纤光栅反射的Bragg波长的变化就可以获得相应的温度、应变和应力的信息，其中应力和应变影响光纤光栅的Bragg波长是由于光栅周期的伸缩和光纤材料的弹光效应引起的。理论研究表明，仅受轴向应力作用的光纤光栅，其Bragg波长的漂移与所受应变的关系为ΔλB＝(1-Pe)ελB，其中Pe为光纤光栅的有效弹光系数，ε为所受轴向应变，λB、ΔλB分别为光纤光栅的Bragg波长和Bragg波长的漂移量。
由于该元件敏感脆弱，它的封装技术成为工程应用中的关键技术。现在常用的封装技术是：将制作好的光纤光栅经过二次涂覆机的封装加上外包层后，再用特制的树脂胶将其封装在金属管或金属片上。
现有的封装技术存在以下缺陷：首先，树脂胶属于有机物，易老化分解，不利于恶劣环境的长期使用；其次，当光纤光栅应用于传感领域时，光纤的外包层和树脂胶体都会在测量中产生冗余，影响测量的线性性和可重复性。
实用新型内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本实用新型的目的是：提供一种光纤光栅应变传感器。通过采用将光纤光栅焊接在传感基体上的无胶封装结构，保证光纤光栅应变传感器的长期稳定性。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种金属化光纤光栅，所述的金属化光纤光栅包括非金属材料的光纤光栅基体与附着于非金属材料的光纤光栅基体表面的金属层。
所述的金属层为喷涂于非金属材料的光纤光栅基体表面的金属。
所述的金属附着于一段光纤光栅基体两端金属化区域的光纤光栅基体表面。
所述的金属化区域长度为10mm。
一种光纤光栅应变传感器，包括传感基体、金属化光纤光栅和主壳体，传感器基体固定于主壳体上，所述金属化光纤光栅包括非金属材料的光纤光栅基体与附着于非金属材料的光纤光栅基体表面的金属层，并固定于传感基体上。
所述的金属化光纤光栅通过金属层焊接于传感基体上。
所述的传感器还包括金属镍管，金属化光纤光栅通过金属层焊接于金属镍管中，金属镍管焊接于传感基体上。
所述的金属镍管为两个，分别焊接于金属化光纤光栅两侧。
所述的传感基体设有通槽，金属镍管焊接于所述的通槽中。
所述的主壳体上设置有铠装接头。
由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型的光纤光栅传感器内部进行光纤光栅封装时，采用全无胶封装，将光纤光栅直接或间接焊接在传感机体上，以保证传感器的长期稳定性。此光纤光栅传感器可以用于大型钢结构、桥梁等钢表面的健康应力测试，该传感器具有操作简便，测量精度高，测量范围大，可靠性高，抗电磁干扰等优点。
附图说明
图1为本实用新型一实施例采用的金属化的光纤光栅的结构示意图；
图2为本实用新型光纤光栅应变传感器的结构示意图；
图3、图4为本实用新型的中心波长与钢结构表面应变的拟合曲线。
具体实施方式
下面将结合本实用新型具体实施例及附图对本实用新型作详细说明。
如图1所示，本实用新型一实施例采用的金属化光纤光栅的结构。该金属化光纤光栅为在非金属材料的光纤光栅基体8两端表面10mm均匀涂镀一金属层7。具体的涂镀的方式为化学镀。
如图2所示，为本实用新型光纤光栅应变传感器的结构包括：主壳体1、传感基体2、金属化光纤光栅3、金属镍管4与铠装接头5。传感器基体2采用高强度的合金钢制作而成，光纤光栅采用C波段布拉格(Bragg)光栅。该金属化光纤光栅3表面两侧10mm左右长度内采用化学镀的方法，均匀涂镀一金属层7，使之能够与金属镍管4进行焊接，本例在两端涂镀金属层处焊接金属镍管4，金属镍管4的尺寸为φ0.85mm×8mm，它们之间的间隔为20mm左右，再将焊接有金属化光纤光栅3的金属镍管4焊接在传感器基体2上。在传感基体2要焊接光纤光栅3的固定面上，加工一道放置金属镍管4的通槽，以保证金属化光纤光栅3应变传感器的长期稳定性。光纤光栅应变传感器主壳体1上设置有铠装接头5，用以保护光栅光纤传感器出光纤，并且可以防止光纤折断，同时利用铠装接头5将采集信号的光缆与光纤光栅应变传感器连接。
另一实施例，在上述的结构基础上省略金属镍管4，只包括一个传感基体2和一个金属化的光纤光栅3，传感器基体2采用高强度的合金钢制作而成，光纤光栅采用C波段布拉格(Bragg)光栅。该金属化光纤光栅3通过焊锡焊接或激光焊接直接焊接在传感基体上。光纤光栅应变传感器主壳体1上设置有铠装接头5，用以保护光栅光纤传感器出光纤，并且可以防止光纤折断，同时利用铠装接头5将采集信号的光缆与光纤光栅应变传感器连接。
在上述实施例中提到的金属化光纤光栅3的焊锡焊接方法为：采用可调温电铬铁直接焊接，首先选用合适的焊锡，熔点温度大约在250℃左右，然后将电铬铁温度直接调到260℃左右，将金属化光纤光栅3直接用电铬铁焊接在传感基体2上或金属镍管4的内表面；在上述实施例中提到的金属化光纤光栅3的激光焊接方法为：
1、采用激光焊接机焊接，将传感基体2准确定位，将金属化光纤光栅3放入其固定槽中，调整激光落点，最后将金属化光纤光栅3与传感基体2牢固的焊接在一起。
2、采用激光焊接机焊接，将传感基体2准确定位，将焊接好金属镍管4的金属化光纤光栅3的金属镍管4放入其固定槽中，调整激光落点，最后将金属镍管4与传感基体2牢固的焊接在一起。
图3、图4为本实用新型的中心波长与钢结构表面应变的拟合曲线，图中y为波长(nm)，x为应变(με)。图中采用最小二乘法拟合时，设拟合直线方程为y＝kx+b，图3、图4都具有非常好的线性，R值均达到99.9％。
图3中，k和b值的取值为：k＝-0.003608、b＝1556.934890，从图中可以看出，光波波长在1554.5nm～1557nm之间，随波长取值的增大，应变量的值降低；
图4中，k和b值的取值为：k＝-0.003620、b＝1557.020897，从图中可以看出，光波波长在1556.5nm～1561nm之间，应变量为负值，并随光波取值的增大，应变量的值降低。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1、一种金属化光纤光栅，其特征在于，所述的金属化光纤光栅包括非金属材料的光纤光栅基体与附着于非金属材料的光纤光栅基体表面的金属层。
2、根据权利要求1所述的一种金属化光纤光栅，其特征在于，所述的金属层为喷涂于非金属材料的光纤光栅基体表面的金属。
3、根据权利要求2所述的一种金属化光纤光栅，其特征在于，所述的金属附着于一段光纤光栅基体两端金属化区域的光纤光栅基体表面。
4、根据权利要求3所述的一种金属化光纤光栅，其特征在于，所述的金属化区域长度为10mm。
5、一种光纤光栅应变传感器，其特征在于，包括传感基体、金属化光纤光栅和主壳体，传感器基体固定于主壳体上，所述金属化光纤光栅包括非金属材料的光纤光栅基体与附着于非金属材料的光纤光栅基体表面的金属层，并固定于传感基体上。
6、根据权利要求5所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述的金属化光纤光栅通过金属层焊接于传感基体上。
7、根据权利要求5所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述的传感器还包括金属镍管，金属化光纤光栅通过金属层焊接于金属镍管中，金属镍管焊接于传感基体上。
8、根据权利要求7所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述的金属镍管为两个，分别焊接于金属化光纤光栅两侧。
9、根据权利要求7或8所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述的传感基体设有通槽，金属镍管焊接于所述的通槽中。
10、根据权利要求5、6、7或8所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述的主壳体上设置有铠装接头。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101915594A (zh) * 2010-08-10 2010-12-15 重庆大学 光纤应力/应变传感器件无胶连接方法
CN102788603A (zh) * 2012-07-27 2012-11-21 华东理工大学 全金属封装的耐高温光纤光栅传感器及其制造方法
CN103438817A (zh) * 2013-08-21 2013-12-11 钟少龙 实现精确测量金属应力应变的光纤传感器
CN103471627A (zh) * 2012-06-07 2013-12-25 上海森珀光电科技有限公司 一种光纤光栅井盖开关状态磁感应器
CN106482760A (zh) * 2015-10-14 2017-03-08 北京信息科技大学 一种全金属化封装光纤光栅应变传感器的系统
CN109752795A (zh) * 2019-01-15 2019-05-14 无锡必创传感科技有限公司 一种金属化光纤光栅及其制备方法和传感器
CN109900218A (zh) * 2019-04-08 2019-06-18 四川拜安科技有限公司 一种用于风机叶片监测带温度补偿的光纤光栅载荷传感器
CN114894102A (zh) * 2022-05-24 2022-08-12 中铁第四勘察设计院集团有限公司 基于阵列光栅的盾构隧道结构监测系统及方法

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101915594B (zh) * 2010-08-10 2011-11-09 重庆大学 光纤应力/应变传感器件无胶连接方法
CN101915594A (zh) * 2010-08-10 2010-12-15 重庆大学 光纤应力/应变传感器件无胶连接方法
CN103471627A (zh) * 2012-06-07 2013-12-25 上海森珀光电科技有限公司 一种光纤光栅井盖开关状态磁感应器
US9551596B2 (en) 2012-07-27 2017-01-24 East China University Of Science And Technology High-temperature-resistant metal-packaged fiber bragg grating sensor and manufacturing method therefor
CN102788603A (zh) * 2012-07-27 2012-11-21 华东理工大学 全金属封装的耐高温光纤光栅传感器及其制造方法
WO2014015586A1 (zh) * 2012-07-27 2014-01-30 华东理工大学 全金属封装的耐高温光纤光栅传感器及其制造方法
CN102788603B (zh) * 2012-07-27 2016-02-24 华东理工大学 全金属封装的耐高温光纤光栅传感器及其制造方法
CN103438817A (zh) * 2013-08-21 2013-12-11 钟少龙 实现精确测量金属应力应变的光纤传感器
CN103438817B (zh) * 2013-08-21 2016-12-07 钟少龙 实现精确测量金属应力应变的光纤传感器
CN106482760A (zh) * 2015-10-14 2017-03-08 北京信息科技大学 一种全金属化封装光纤光栅应变传感器的系统
CN106482760B (zh) * 2015-10-14 2018-09-21 北京信息科技大学 一种全金属化封装光纤光栅应变传感器的系统
CN109752795A (zh) * 2019-01-15 2019-05-14 无锡必创传感科技有限公司 一种金属化光纤光栅及其制备方法和传感器
CN109900218A (zh) * 2019-04-08 2019-06-18 四川拜安科技有限公司 一种用于风机叶片监测带温度补偿的光纤光栅载荷传感器
CN114894102A (zh) * 2022-05-24 2022-08-12 中铁第四勘察设计院集团有限公司 基于阵列光栅的盾构隧道结构监测系统及方法
CN114894102B (zh) * 2022-05-24 2023-12-22 中铁第四勘察设计院集团有限公司 基于阵列光栅的盾构隧道结构监测系统及方法

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