CN2665685Y - 光纤光栅温度传感器的增敏结构 - Google Patents
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Abstract
一种光纤光栅温度传感器的增敏结构，其中包括：一外壳，该外壳为管状，其内径为一端大另一端小的台阶状，形成一大内径孔和一小内径孔；一管体，该管体的外径略小于外壳的大内径孔，该管体容置在外壳内的大内径孔中，该管体的内径与外壳的小内径孔相同，形成一圆孔，该管体的长度小于外壳大内径孔的长度；一套管，该套管的外径小于外壳的大内径孔，其内径与管体的内径、外壳的小内径孔相同；两个小细管，该两个小细管的一端相对插置在套管内，其中间留有一间隙，该小细管的另一端插置在外壳的小内径孔中，该小细管的另一端插置在管体内；在两个小细管内穿置有一光纤，该光纤的尾纤穿出外壳的两端；一光纤光栅置于两个小细管之间的光纤上。
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。
本实用新型一种光纤光栅温度传感器的增敏结构，其特征在于，其中包括：
一外壳，该外壳为管状，其内径为一端大另一端小的台阶状，形成一大内径孔和一小内径孔；
一管体，该管体的外径略小于外壳的大内径孔，该管体容置在外壳内的大内径孔中，该管体的内径与外壳的小内径孔相同，形成一圆孔，该管体的长度小于外壳大内径孔的长度；
一套管，该套管的外径小于外壳的大内径孔，其内径与管体的内径、外壳的小内径孔相同；
两个小细管，该两个小细管的一端相对插置在套管内，其中间留有一间隙，该小细管的另一端插置在外壳的小内径孔中，该小细管的另一端插置在管体内；
在两个小细管内穿置有一光纤，该光纤的尾纤穿出外壳的两端；
一光纤光栅置于两个小细管之间的光纤上。
其中外壳的材料为热膨胀系数大于管体的材料热膨胀系数。
其中该管体与外壳的一端齐平，并用胶粘固。
其中插置在外壳内和插置在管体内的两个小细管均用胶粘固。
其中穿置在两个小细管内的光纤用胶粘固。
其中所述的粘固为粘接或焊接。
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，其中包括：
一外壳包括：一平板状的底座，在底座的一端有一凸起，该凸起的中心与底座的轴向开有一圆孔；
一管体，该管体的长度小于外壳的底座的长度，该管体置于底座上，一端用胶粘固，该管体的内孔与凸起的圆孔同心且其直径相同；
一套管，该套管的内径与管体的内径、圆孔直径相同；
两个小细管，该两个小细管的一端相对插置在套管内，其中间留有一间隙，该小细管的另一端插置在圆孔中，该小细管的另一端插置在管体内；该两个小细管分别用胶与管体和凸起粘固；
在两个小细管内穿置有一光纤，该光纤的尾纤穿出圆孔和管体的内孔并用胶与之粘固；
一光纤光栅置于两个小细管之间的光纤上。
其中所述的粘固为粘接或焊接。
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是本实用新型第一实施例的结构示意图；
图2是本实用新型第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型一种光纤光栅温度传感器的增敏结构，其中包括：
一外壳1，该外壳1为管状，其内径为一端大另一端小的台阶状，形成一大内径孔11和一小内径孔12；该外壳1的材料为热膨胀系数大于管体2的材料热膨胀系数；
一管体2，该管体2的外径略小于外壳1的大内径孔11，该管体2容置在外壳1内的大内径孔11中，该管体2的内径与外壳1的小内径孔相同，形成一圆孔21，该管体2的长度小于外壳1大内径孔11的长度；该管体2与外壳1的一端齐平，并用胶7粘固；
一套管3，该套管3的外径小于外壳1的大内径孔，其内径与管体2的内径、外壳1的小内径孔相同；
两个小细管4、6，该两个小细管4、6的一端相对插置在套管3内，其中间留有一间隙，该小细管4的另一端插置在外壳1的小内径孔12中，该小细管6的另一端插置在管体2内；其中插置在外壳1内和插置在管体2内的两个小细管4、6均用胶7粘固；
在两个小细管4、6内穿置有一光纤，该光纤的尾纤8穿出外壳1的两端；其中穿置在两个小细管4、6内的光纤用胶7粘固；
一光纤光栅5置于两个小细管4、6之间的光纤上。
请参阅图2，本实用新型一种光纤光栅温度传感器的增敏结构，其中包括：
一外壳30包括：一平板状的底座31，在底座31的一端有一凸起32，该凸起32的中心与底座31的轴向开有一圆孔33；
一管体40，该管体40的长度小于外壳30的底座31的长度，该管体30置于底座31上，一端用胶60粘固，该管体40的内孔41与凸起32的圆孔33同心且其直径相同；
一套管50，该套管50的内径与管体40的内径、圆孔33直径相同；
两个小细管70、80，该两个小细管70、80的一端相对插置在套管50内，其中间留有一间隙，该小细管70的另一端插置在圆孔33中，该小细管80的另一端插置在管体50内；该两个小细管70、80分别用胶60与管体40和凸起32粘固；
在两个小细管70、80内穿置有一光纤，该光纤的尾纤100穿出圆孔33和管体40的内孔41并用胶60与之粘固；
一光纤光栅90置于两个小细管70、80之间的光纤上。
其中所述的粘固为粘接或焊接。
该光纤光栅5通过连接点胶7固定在两段同轴度较高、配合间隙较小的细管4和6里(图1中)，其中细管4通过连接点胶7粘接在大膨胀系数材料外壳1上，细管6通过连接点胶7粘接在小膨胀系数材料管体2上。由于两种材料的外壳1和管体2的热膨胀系数不同，在温度的变化过程中，大膨胀系数材料外壳1的伸缩量要比小膨胀系数材料管体2的伸缩量大，而管体2又通过左端面的连接点胶7和外壳1连接在一起，那么外壳1带动细管4产生的位移量将会与管体2带动细管6产生的位移量不同，从而增大了光纤光栅5的轴向应变，进而增大了Bragg波长的漂移量，最后达到了提高温度灵敏度的目的。同时，我们可以通过改变外壳1的材料和管体2材料的长度，来改变细管4和细管6的相对位移量，从而很方便的调节其温度灵敏度。
我们使用套筒3来保证两段配合间隙较小的细管4和6的同轴度，采取这种结构可以使细管中的光纤光栅获得较大的压缩或拉伸调节范围。
同理，本实用新型的第二实施例如图2所示，其中只是外壳换成了一平板状的底座31，其功能效果均与第一实施例相同。
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，增大了Bragg波长的漂移量，从而提高了温度灵敏度，并且通过改变其结构可以方便的调节温度灵敏度。同时通过采用特殊的结构，使得光纤光栅获得了较大的压缩或拉伸调节范围。
虽然参照上述实施例详细地描述了本发明，但是应该理解本发明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力要求书的精神和范围内的各种变型。
Claims (8)
1、一种光纤光栅温度传感器的增敏结构，其特征在于，其中包括：
一外壳，该外壳为管状，其内径为一端大另一端小的台阶状，形成一大内径孔和一小内径孔；
一管体，该管体的外径略小于外壳的大内径孔，该管体容置在外壳内的大内径孔中，该管体的内径与外壳的小内径孔相同，形成一圆孔，该管体的长度小于外壳大内径孔的长度；
一套管，该套管的外径小于外壳的大内径孔，其内径与管体的内径、外壳的小内径孔相同；
两个小细管，该两个小细管的一端相对插置在套管内，其中间留有一间隙，该小细管的另一端插置在外壳的小内径孔中，该小细管的另一端插置在管体内；
在两个小细管内穿置有一光纤，该光纤的尾纤穿出外壳的两端；
一光纤光栅置于两个小细管之间的光纤上。
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，其中外壳的材料为热膨胀系数大于管体的材料热膨胀系数。
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，其中该管体与外壳的一端齐平，并用胶粘固。
4、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，其中插置在外壳内和插置在管体内的两个小细管均用胶粘固。
5、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，其中穿置在两个小细管内的光纤用胶粘固。
6、根据权利要求3、4、5所述的光纤光栅温度传感器的增敏结构，其特征在于，其中所述的粘固为粘接或焊接。
7、一种光纤光栅温度传感器的增敏结构，其特征在于，其中包括：
一外壳包括：一平板状的底座，在底座的一端有一凸起，该凸起的中心与底座的轴向开有一圆孔；
一管体，该管体的长度小于外壳的底座的长度，该管体置于底座上，一端用胶粘固，该管体的内孔与凸起的圆孔同心且其直径相同；
一套管，该套管的内径与管体的内径、圆孔直径相同；
两个小细管，该两个小细管的一端相对插置在套管内，其中间留有一间隙，该小细管的另一端插置在圆孔中，该小细管的另一端插置在管体内；该两个小细管分别用胶与管体和凸起粘固；
在两个小细管内穿置有一光纤，该光纤的尾纤穿出圆孔和管体的内孔并用胶与之粘固；
一光纤光栅置于两个小细管之间的光纤上。
8、根据权利要求7所述的光纤光栅温度传感器的增敏结构，其特征在于，其中所述的粘固为粘接或焊接。
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| CN108801308A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-11-13 | 闫静 | 一种光纤光栅多功能传感器 |
| CN113125041A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-16 | 武汉理工大学 | 一种双重増敏的高灵敏度fbg温度传感器和制造方法 |
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