CN2646684Y - 光纤光栅温度传感器的增敏结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种光纤光栅温度传感器的增敏结构，其特征在于，包括有：一金属支架，该金属支架的一长侧边开有一矩形凹部，在金属支架的另一长侧边开有一长形的矩形凹缺，该金属支架的两端形成有支点；一光纤光栅，该光纤光栅的两端用粘胶紧密粘接在金属支架上的支点上；一金属块，该金属块的长短与金属支架上的矩形凹缺的长短相同，该金属块的宽窄小于金属支架上的矩形凹缺的宽度，该金属块固定在金属支架上的矩形凹缺的下部。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤光栅传感技术领域，具体涉及一种光纤光栅温度传感器的增敏结构，特别适合于对温度的高精度测量。
背景技术
光纤光栅传感技术是伴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一种崭新的传感技术。与普通光纤传感器相比，其传感信号直接调制于光波波长，不受光源强度起伏、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纤时，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。其中温度影响光纤光栅的Bragg波长是由于热膨胀效应和光纤材料的热光效应引起的。理论研究表明，当光纤光栅所处的温度变化时，其Bragg波长的漂移与温度变化的关系为ΔλB＝(α+ξ)ΔTλB，其中α为光纤的热膨胀系数；ξ为光纤的热光系数；ΔT为温度的变化量；λB、ΔλB分别为光纤光栅的Bragg波长和Bragg波长的漂移量。对于掺锗石英光纤而言，α≈0.5×10-6，常温下ξ≈7.0×10-6，以λB＝1550nm为例，其温度灵敏度约为10pm/℃。在需要对温度进行高精度测量时，这种波长信号的漂移量太小，给信号检测带来不便并影响了测量精度。为克服这一困难，本实用新型提出了一种温度增敏结构，提高光纤光栅的温度灵敏度，实现对温度的高精度测量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种光纤光栅温度传感器的增敏结构，利用两种热膨胀系数不同的材料，使光纤光栅在温度变化时不仅由于光纤本身的热膨胀效应和热光效应使Bragg波长发生漂移，而且受到应力的作用产生应变，从而增大了Bragg波长的漂移，提高温度灵敏度。
本实用新型的技术方案为：
本实用新型一种光纤光栅温度传感器的增敏结构，其特征在于，包括有：
一金属支架，该金属支架的一长侧边开有一矩形凹部，在金属支架的另一长侧边开有一长形的矩形凹缺，该金属支架的两端形成有支点；
一光纤光栅，该光纤光栅的两端用粘胶紧密粘接在金属支架上的支点上；
一金属块，该金属块的长短与金属支架上的矩形凹缺的长短相同，该金属块的宽窄小于金属支架上的矩形凹缺的宽度，该金属块固定在金属支架上的矩形凹缺的下部。
其中所述的金属支架上的矩形凹部是开在金属支架一长侧边的两侧。
其中所述的金属支架与金属块是不同的金属材料制成。
附图说明
为进一步说明本实用新型的技术内容，下面结合附图及实施例对本实用新型作详细的描述，其中：
图1为本实用新型的第一实施例的结构示意图；
图2为本实用新型的第二实施例的结构示意图。
其中：图1中，1为光纤光栅、2为粘胶、3为金属支架、4为金属块、30为凹部、31为凹缺、32为支点。
具体实施方式
请参阅附图1为本实用新型的第一实施例，本实用新型一种光纤光栅温度传感器的增敏结构，包括有：
一金属支架3，该金属支架3的一长侧边开有一矩形凹部30，在金属支架3的另一长侧边开有一长形的矩形凹缺31，该金属支架3的两端形成有支点32；
一光纤光栅1，该光纤光栅1的两端用粘胶2紧密粘接在金属支架3上的支点32上；
一金属块4，该金属块4的长短与金属支架3上的矩形凹缺31的长短相同，该金属块4的宽窄小于金属支架3上的矩形凹缺31的宽度，该金属块4固定在金属支架3上的矩形凹缺31的下部。
其中所述的金属支架3与金属块4是不同的金属材料制成。
请参阅附图2为本实用新型的第二实施例，第二实施例与第一实施例基本相同，相同的部分不再重复叙述。
不同之处是，在金属支架3的一长侧边的两侧开有矩形凹部30。
因为金属支架3与金属块4是不同的金属材料制成。两种金属材料的热膨胀系数不同，其中金属支架3为高热膨胀系数的金属材料，金属块4为低热膨胀系数的金属材料。本实用新型的技术关键就在于利用两种金属材料的热膨胀系数之差来实现温度的增敏。在温度的变化过程中，金属支架3的伸缩量要比金属块4的伸缩量大，但是由于金属支架3的下端和金属块4已经被固定在一起，所以金属支架3的下端与金属块4的伸缩量一样。而金属支架3的上端是自由伸缩端，其伸缩量大于下端的伸缩量，且矩形凹部30的部分受到较大应力，形成以矩形凹缺31部分为固定端的伸缩。这将使两粘接点2之间的光纤光栅1受到均匀应力，引起其轴向应变增大，进而其Bragg波长漂移量增大，由此获得更高的温度灵敏度。同时可以根据测量的需要调整金属支架3的结构参数，方便地调节温度灵敏度。
本实用新型第二实施例是将金属支架3上的两端均开有矩形凹部30，其可以以中间部分为固定端而伸缩。
从上面的描述可以看出本实用新型利用两种热膨胀系数不同的金属使光纤光栅受到温度和应力的共同作用，Bragg波长的漂移量增大，从而提高了温度灵敏度。同时采用特殊设计的结构，使光纤光栅受到均匀应力，提高了测量的稳定性，并可以方便地调节测量灵敏度。
虽然参照上述实施例详细地描述了本实用新型，但是应该理解本实用新型并不限于所公开的实施例，对于本专业领域的技术人员来说，可对其形式和细节进行各种改变。本发明意欲涵盖所附权利要求书的精神和范围内的各种变型。
Claims (3)
1、一种光纤光栅温度传感器的增敏结构，其特征在于，包括有：
一金属支架，该金属支架的一长侧边开有一矩形凹部，在金属支架的另一长侧边开有一长形的矩形凹缺，该金属支架的两端形成有支点；
一光纤光栅，该光纤光栅的两端用粘胶紧密粘接在金属支架上的支点上；
一金属块，该金属块的长短与金属支架上的矩形凹缺的长短相同，该金属块的宽窄小于金属支架上的矩形凹缺的宽度，该金属块固定在金属支架上的矩形凹缺的下部。
2、根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器的增敏结构，其特征在于，其中所述的金属支架上的矩形凹部是开在金属支架一长侧边的两侧。
3、根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器的增敏结构，其特征在于，其中所述的金属支架与金属块是不同的金属材料制成。
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2003
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