CN201993183U - 一种高增敏光纤光栅温度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种高增敏光纤光栅温度传感器，其特征在于：将一块低热膨胀合金基底通过激光或氩弧焊接方式固定连接在一块高热膨胀不锈钢基底的一端的上表面，高热膨胀不锈钢基底的长度大于低热膨胀合金基底的长度，低热膨胀合金基底与高热膨胀不锈钢基底的上端面处于一个水平面上，在低热膨胀合金基底与高热膨胀不锈钢基底的上端面上分别加工一个带V型槽的低热膨胀合金基底焊台和高热膨胀不锈钢基底焊台，在两个焊台之间通过锡焊的方式固定连接镀金光纤温度光栅，光纤温度光栅的中部悬空。与现有技术相比，本实用新型装置操作简单，节省了胶粘光纤需等待胶固化的时间，传感器装配更加迅速快捷，具有非常高的灵敏度、分辨率和测量精度。
Description
技术领域
本实用新型是一种高增敏光纤光栅温度传感器，属于产品的结构技术领域。
背景技术
通过紫外写入技术，相位掩模写入法使得光纤某一段的折射率呈周期性的变化，该段折射率已经被改变的光纤称为光纤光栅。当光纤光栅所处环境的温度、压力、应变、振动等物理参量改变时，会造成通过光纤光栅或被光纤光栅反射的光波长改变。由于光纤光栅对温度、压力、应变、振动等多种物理参量具备灵敏特性，光纤光栅可被用作测量这些物理参量的传感器。根据具体测量要求，光纤光栅可通过不同封装形式而开发成温度、压力、应变或振动等各种传感器。
目前的光纤光栅主要以某种单一金属作为基底或以聚合物作为基底。通常以单一金属作为基底的光纤光栅温度传感器灵敏度都不够高，温度分辨率有限。以聚合物为基底的传感器虽然能显著提高灵敏度，但由于聚合物在高温或低温下性质不稳定，难以实现宽温区范围内对温度的测量。同时聚合物基底的传感器正反行程迟滞很大，对测量结果会造成很大的误差，限制了测量精度。
发明内容
本实用新型正是针对上述现有技术中存在的问题而设计提供了一种高增敏光纤光栅温度传感器，其目的是克服现有技术的不足，解决了光纤光栅的高增敏技术问题，将光纤光栅温度灵敏度提高到50pm/℃。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种高增敏光纤光栅温度传感器，其特征在于：将一块低热膨胀合金基底通过激光或氩弧焊接方式固定连接在一块高热膨胀不锈钢基底的一端的上表面，高热膨胀不锈钢基底的长度大于低热膨胀合金基底的长度，低热膨胀合金基底与高热膨胀不锈钢基底的上端面处于一个水平面上，在低热膨胀合金基底与高热膨胀不锈钢基底的上端面上分别加工一个带 V型槽的低热膨胀合金基底焊台和高热膨胀不锈钢基底焊台，在两个焊台之间通过锡焊的方式固定连接镀金光纤温度光栅，光纤温度光栅的中部悬空。
低热膨胀合金基底与高热膨胀不锈钢基底(1)的连接端的端面对齐。
低热膨胀合金基底的材料优选在20℃～200℃之间的线膨胀平均系数不高于6×10-6/℃。
高热膨胀不锈钢基底的材料优选在20℃～200℃之间的线膨胀平均系数不低于16×10-6/℃。
本实用新型技术方案是同时以低膨胀系数金属和高膨胀系数金属作为基底，将两者设计成不同长度，并将其一端对齐，对齐端面通过激光或氩弧焊接在一起。两种基底表面进行镀银或镀铜镀锡处理，通过锡焊方式分别将镀金光纤光栅两端分别焊接在两种基底上。
本实用新型具有优点和有益效果是：通过将热膨胀系数反差很大的两种基底进行有效的结构设计和有效构造，实现了光纤光栅对温度的高增敏，将光纤光栅的温度灵敏度从10pm/℃提高到50pm/℃。同时传感器的封装完全无胶化，使得传感器在宽温度范围区间都具备良好的线性度、高灵敏度、高分辨率和高精度。传感器结构简单小巧，可以将多个传感器进行串联，实现分布式的温度测量。
附图说明
图1是本实用新型产品的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图实施例对本实用新型技术方案作进一步地详述：
参见附图1所示，该种高增敏光纤光栅温度传感器，其特征在于：将一块低热膨胀合金基底2通过激光或氩弧焊接方式固定连接在一块高热膨胀不锈钢基底1的一端的上表面，低热膨胀合金基底2与高热膨胀不锈钢基底1的连接端的端面对齐，高热膨胀不锈钢基底1的长度大于低热膨胀合金基底2的长度，低热膨胀合金基底2与高热膨胀不锈钢基底1的上端面处于一个水平面上，在低热膨胀合金基底2与高热膨胀不锈钢基底1的上端面上分别加工一个带V型槽的低热膨胀合金基底焊台5和高热膨胀不锈钢基底焊台4，在两个焊台4、5之间通过锡焊的方式固定 连接镀金光纤温度光栅3，光纤温度光栅3的中部悬空。然后再做适当的外部封装即可制成高灵敏度高分辨率高精度的光纤光栅温度传感器。
低热膨胀合金基底2的材料在20℃～200℃之间的线膨胀平均系数不高于6×10-6/℃。高热膨胀不锈钢基底1的材料在20℃～200℃之间的线膨胀平均系数不低于16×10-6/℃。优选1Cr18Ni9Ti。
通过本实用新型技术方案，光纤光栅的温度灵敏度可达到50pm/℃，是裸光栅的5倍，其分辨率可达0.02℃。而且该传感器正反行程具有很小的迟滞，迟滞量不超过20pm。本发明具有的优点和有益效果是：封装完全无胶化，可以避免由于胶本身蠕变和迟滞带来的测量误差，以及可以避免在高温区和低温区因胶粘剂性能不稳定而影响传感器的性能。
与现有技术相比，本实用新型装置操作简单，节省了胶粘光纤需等待胶固化的时间，传感器装配更加迅速快捷，具有非常高的灵敏度、分辨率和测量精度。
Claims (4)
1.一种高增敏光纤光栅温度传感器，其特征在于：将一块低热膨胀合金基底(2)通过激光或氩弧焊接方式固定连接在一块高热膨胀不锈钢基底(1)的一端的上表面，高热膨胀不锈钢基底(1)的长度大于低热膨胀合金基底(2)的长度，低热膨胀合金基底(2)与高热膨胀不锈钢基底(1)的上端面处于一个水平面上，在低热膨胀合金基底(2)与高热膨胀不锈钢基底(1)的上端面上分别加工一个带V型槽的低热膨胀合金基底焊台(5)和高热膨胀不锈钢基底焊台(4)，在两个焊台(4、5)之间通过锡焊的方式固定连接镀金光纤温度光栅(3)，光纤温度光栅(3)的中部悬空。
2.根据权利要求1所述的高增敏光纤光栅温度传感器，其特征在于：低热膨胀合金基底(2)与高热膨胀不锈钢基底(1)的连接端的端面对齐。
3.根据权利要求1所述的高增敏光纤光栅温度传感器，其特征在于：低热膨胀合金基底(2)在20℃～200℃之间的线膨胀平均系数不高于6×10-6/℃。
4.根据权利要求1所述的高增敏光纤光栅温度传感器，其特征在于：高热膨胀不锈钢基底(1)在20℃～200℃之间的线膨胀平均系数不低于16×10-6/℃。
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| CN102798484A (zh) * | 2012-08-14 | 2012-11-28 | 广东电网公司佛山供电局 | 低迟滞特性的光纤光栅温度传感器 |
| CN108426591A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-08-21 | 哈尔滨工业大学 | 适用于高温环境的光纤光栅传感器封装结构及封装方法 |
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| CN102798484B (zh) * | 2012-08-14 | 2014-06-25 | 广东电网公司佛山供电局 | 低迟滞特性的光纤光栅温度传感器 |
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