CN204347287U - 一种金属化光纤光栅 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光纤光栅传感器技术领域，具体涉及一种金属化光纤光栅。针对现有金属化光纤光栅应变灵敏度较低的不足，本实用新型提供了一种金属化光纤光栅。本实用新型由光纤和金属管组成，光纤两端设置有金属化区，金属化区之间为光栅区，金属化区表面依次覆有镀镍层和镀金层，金属管与光纤相连的一端覆有镀金层，光纤的金属化区与金属管的镀金层焊接连接。

Description

一种金属化光纤光栅

技术领域

本实用新型涉及光纤光栅传感器技术领域，具体涉及一种金属化光纤光栅。

背景技术

光纤光栅传感器是一种全光传输的传感器，通过外界温度、应变、拉力等条件的变化引起光栅栅格的变化，进而使光纤的中心波长改变，通过测量中心波长的变化量可得到引起该中心波长变化的外界变化值。光纤光栅传感器有如下优点：

1）光纤光栅使用的是光信号，本质安全，使用时比电信号传感器有更高的安全性。

2）光纤光栅传感器避免了因电源干扰产生的错误信息。

3）在一根光缆上可以串接数十个光纤光栅传感器，在需要的部位可以密集安装，因此光缆上任何部位发生异常现象都能及时传输到中控室。

4）光纤光栅传感器属于波长调制型非线性作用的光纤传感器。通过测量反射光的波长变化进行检测。由于波长是一个绝对参数，不受总体光强水平、连接光纤和耦合器损耗以及光源能量的影响，因此波长比其他参数更加稳定、准确。

目前的光纤光栅传感器大部分使用黏合剂进行粘接，这种方式大大限制了光纤光栅传感器的精度、使用寿命、使用温度和应用领域。无胶化封装成了光纤光栅传感器行业的必然趋势。

中国专利“石英光纤光栅表面湿化学金属化工艺”（专利号：200510020086.5）公开了一种光纤光栅金属化的方法，实现了光纤光栅的金属化。使用该专利方法制成的金属化光纤光栅将光纤的光栅部分也同时进行了金属化处理，金属化过程中的粗化、敏化和活化步骤对光纤光栅的损伤极大，影响了利用这种全金属化光纤光栅制成的传感器的测量精度和灵敏度，也大大影响了光纤光栅的抗弯能力。光纤的光栅部分金属化后，硬度显著增加，在相同的力的作用下，全金属化光纤光栅的波长变化较未金属化的光纤光栅的波长变化明显减小，即应变灵敏度降低，并且其承受的最大拉力的明显降低，影响了全金属化光纤光栅制成的传感器的测量范围。

实用新型内容

针对现有金属化光纤光栅应变灵敏度较低的不足，本实用新型提供了一种金属化光纤光栅。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种金属化光纤光栅，包括光纤和金属管，其中，光纤两端设置有金属化区，金属化区之间为光栅区，金属化区表面依次覆有镀镍层和镀金层，金属管与光纤相连的一端覆有镀金层。光纤的金属化区与金属管的镀金层焊接连接。

具体的，光纤上的金属化区长度在区间[5mm,7mm]范围内。

具体的，光纤上金属化区的镀镍层厚度在区间[2μm,3μm]范围内，光纤上金属化区的镀金层厚度在区间[0.2μm,0.3μm]范围内。

具体的，金属管的镀金层厚度在区间[1μm,2μm]范围内。

具体的，金属管为镍管。

本实用新型的有益效果：1.本实用新型的金属化光纤光栅在光纤两端的金属化区镀覆有镀镍层和镀金层，使光纤具有了焊接性能，光纤的光栅区未做金属化处理，其各项性能均未损伤。相较全金属化的光纤光栅，本实用新型的金属化光纤光栅的应变灵敏度提高约15.4%。2.将光纤上的金属化区长度控制在区间[5mm,7mm]范围内，方便对光纤实施金属化处理，也方便金属化后对光纤光栅进行焊接。3.将光纤上金属化区的镀镍层和镀金层的厚度控制在区间[2μm,3μm]和[0.2μm,0.3μm]范围内，将金属管的镀金层厚度控制在区间[1μm,2μm]范围内，能够保证镀覆的金属层光滑完整，同时镀覆金属层的耗时较短。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中，1光纤，1-1金属化区，1-2光栅区，2金属管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参照图1，实施例1~3的金属化光栅光纤均由光纤1和金属管2组成。光纤1的两端为金属化区1-1，金属化区1-1上依次覆有镀镍层和镀金层，其最外层为镀金层。光纤1上两个金属化区1-1之间为光栅区1-2，光栅区1-2为裸光纤并刻有特定波长的光栅，光纤1上的光栅区1-2未经任何金属化处理，保持了光纤光栅的各种特性。实施例1~3中，金属管2为镍管，并且其一端的表面覆有镀金层。金属管2上的镀金层可设置在金属管2与光纤1相连接的端面上或管壁上，或者在金属管2与光纤1相连的一端的端面和管壁上均设置镀金层。光纤1的金属化区1-1与金属管2的镀金层通过焊接连接。镍具有良好的耐腐蚀性、可塑性、延展性和适当的硬度，并且具有铁磁性，与金属化光纤光栅配合使用能够扩展金属化光纤光栅的应用领域。

表1所示为实施例1~3的金属化光栅光纤的技术参数。

表1 实施例1~3的金属化光栅光纤的技术参数

表2为本实用新型金属化光纤光栅的拉力试验数据，表3为全金属化光纤光栅的拉力试验数据。依据表2计算得到本实用新型金属化光纤光栅的应变灵敏度约为1.5nm/N，依据表3计算得到全金属化光纤光栅的应变灵敏度约为1.3nm/N。本实用新型的金属化光纤光栅与全金属化光纤光栅相比，应变灵敏度提高约15.4%。其中，应变灵敏度指在单位拉力或压力（单位N）作用下光纤光栅波长（单位nm）的变化值。

表2 本实用新型金属化光纤光栅的拉力试验数据

表3 全金属化光纤光栅的拉力试验数据

随机选取14件本实用新型的金属化光纤光栅，分别测定它们抗拉最大值，见表4。随机选取14件全金属化光纤光栅，分别测定它们抗拉最大值，见表5。本实用新型金属化光纤光栅的抗拉最大值均大于全金属化光纤光栅的抗拉最大值。光纤光栅的抗拉最大值直接影响使用其制成的传感器的测量范围，光纤光栅抗拉最大值越小，其拉力测量范围越小。本实用新型的金属化光纤光栅与全金属化光纤光栅相比，抗拉最大值更大，即以本实用新型的金属化光纤光栅制成的传感器具有更大范围的拉力测试量程。

表4 本实用新型金属化光纤光栅的抗拉试验数据

表5 全金属化光纤光栅的抗拉试验数据

以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施例，而并非本实用新型可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种金属化光纤光栅，包括光纤（1）和金属管（2），其特征在于所述光纤（1）两端设置有金属化区（1-1），所述金属化区（1-1）之间为光栅区（1-2），所述金属化区（1-1）表面依次覆有镀镍层和镀金层，所述金属管（2）与光纤（1）相连的一端覆有镀金层，所述光纤（1）的金属化区（1-1）与金属管（2）的镀金层焊接连接。

2.根据权利要求1所述的一种金属化光纤光栅，其特征在于所述光纤（1）上的金属化区（1-1）长度在区间[5mm,7mm]范围内。

3.根据权利要求2所述的一种金属化光纤光栅，其特征在于所述光纤（1）金属化区（1-1）的镀镍层厚度在区间[2μm,3μm]范围内，所述光纤（1）金属化区（1-1）的镀金层厚度在区间[0.2μm,0.3μm]范围内。

4.根据权利要求3所述的一种金属化光纤光栅，其特征在于所述金属管（2）的镀金层厚度在区间[1μm,2μm]范围内。

5.根据权利要求4所述的一种金属化光纤光栅，其特征在于所述金属管（2）为镍管。