專(zhuān)利名稱(chēng)：一種并聯(lián)式光纖光柵高靈敏溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光纖傳感器，尤其是光纖光柵溫度傳感器。
二、
技術(shù)背景光纖光柵具有許多其它傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)全光測(cè)量，在監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)電氣設(shè) 備，不受電磁及核輻射干擾；零點(diǎn)無(wú)漂移，長(zhǎng)期穩(wěn)定；以反射光的中心波長(zhǎng)表征被測(cè)量，不 受光源功率波動(dòng)、光纖微彎效應(yīng)及耦合損耗等因素的影響；絕對(duì)量測(cè)量，系統(tǒng)安裝及長(zhǎng)期使 用過(guò)程中無(wú)需定標(biāo)；使用壽命長(zhǎng)等等。 光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，S卩外界入射光子和纖芯相互作用而引起后者 折射率的永久性變化，用紫外激光直接寫(xiě)入法在單模光纖的纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵， 其實(shí)質(zhì)是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的濾光器或反射鏡。光纖光柵屬于反射型工作器件，當(dāng)光 源發(fā)出的連續(xù)寬帶光通過(guò)傳輸光纖射入時(shí)，它與光柵發(fā)生耦合作用，光柵對(duì)該寬帶光有選 擇地反射回相應(yīng)的一個(gè)窄帶光，并沿原傳輸光纖返回；其余寬帶光則直接透射過(guò)去。反射回 的窄帶光的中心波長(zhǎng)值(也叫Bragg波長(zhǎng))為 入b = 2neff A 上式中，nrff為FBG的有效反射系數(shù)，A為FBG的相鄰兩個(gè)柵隔之間的幾何距離。 當(dāng)溫度變化時(shí)，引起返回波長(zhǎng)變化量相對(duì)溫度變化量的靈敏度為 A AB/AT = [(1-Pe) e+4]入b (1) 其中，Pe為FBG的有效彈光常數(shù)；e為單位溫度變化下FBG的應(yīng)變量；4為FBG的 熱光系數(shù)。 FBG固有的溫度分辨率很低，約0. 1°C /pm。這在很多應(yīng)用領(lǐng)域都無(wú)法滿(mǎn)足要求。 因此，很多研究人員就提高其溫度靈敏度做了很多工作。FBG溫度傳感器增敏的原理是利 用FBG對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)敏感的特性，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把FBG和高熱膨脹系數(shù)材料封 裝在一起。當(dāng)被測(cè)溫度變化時(shí)，通過(guò)高熱膨脹系數(shù)材料的形變向FBG施加一個(gè)應(yīng)變量，使得 FBG的返回波長(zhǎng)變化量加大。最初，研究人員通過(guò)將FBG直接粘貼在大膨脹系數(shù)材料上進(jìn) 行溫度增敏。這種方法取得的增敏效果有限，受到材料的熱膨脹系數(shù)制約。1999年3月， JeahoohHung等人在A(yíng)pplied Optics期刊上，提出了通過(guò)雙金屬實(shí)現(xiàn)溫度增敏，效果明顯。 雙金屬溫度增敏原理溫度變化時(shí)，把兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬長(zhǎng)度變化量的差轉(zhuǎn)化成 光柵長(zhǎng)度的變化量，使得光纖光柵的返回中心波長(zhǎng)的變化量增加。
三
實(shí)用新型內(nèi)容在測(cè)量過(guò)程中，若雙金屬光纖光柵傳感器的連接處產(chǎn)生滑動(dòng)，將嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié) 果。為了減小其影響，本實(shí)用新型采取了一種并聯(lián)式的結(jié)構(gòu)，即在一個(gè)金屬基底上并排放置 兩根金屬長(zhǎng)條，并使其各連接一根光柵，形成兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)。這樣，當(dāng)某連接處發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，兩 個(gè)測(cè)量點(diǎn)的觀(guān)測(cè)值會(huì)不一致；當(dāng)所有連接處都沒(méi)發(fā)生滑動(dòng)，并且溫度發(fā)生變化時(shí)，兩個(gè)測(cè)量 點(diǎn)的觀(guān)測(cè)值一致。因此，該傳感器可以判斷連接處是否發(fā)生了滑動(dòng)。
3[0010] 本實(shí)用新型提供了一種并聯(lián)式光纖光柵高靈敏溫度傳感器，包括具有熱膨脹系數(shù) 為a i的金屬底座、兩根具有熱膨脹系數(shù)為02的金屬長(zhǎng)條和兩根光柵，所述一根光柵與所 述一根金屬長(zhǎng)條串聯(lián)后的兩端點(diǎn)固定在所述金屬底座的頂面，所述另一根光柵與所述另一 根金屬長(zhǎng)條串聯(lián)后的兩端點(diǎn)也并排固定在所述金屬底座的頂面。
四
附圖是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。 其中，l為光柵，2為金屬底座，3為金屬長(zhǎng)條，4為固定點(diǎn)。
五、 具體實(shí)施方案 下面結(jié)合舉例對(duì)本實(shí)用新型做更詳細(xì)的描述 該傳感器主要由以下部分組成具有熱膨脹系數(shù)為a工的金屬底座、兩根具有熱膨 脹系數(shù)為a2的金屬長(zhǎng)條和兩根光柵，所述一根光柵與所述一根金屬長(zhǎng)條串聯(lián)后的兩端點(diǎn) 固定在所述金屬底座的頂面，所述另一根光柵與所述另一根金屬長(zhǎng)條串聯(lián)后的兩端點(diǎn)也并 排固定在所述金屬底座的頂面。根據(jù)傳感器設(shè)計(jì)的靈敏度，選擇a" 02，光柵長(zhǎng)度，金屬底 座長(zhǎng)度及兩根金屬長(zhǎng)條的尺寸；根據(jù)傳感器設(shè)計(jì)的工作溫度區(qū)間，設(shè)置兩光柵的預(yù)松長(zhǎng)度 或預(yù)拉應(yīng)變。為了方便控制預(yù)松長(zhǎng)度和預(yù)拉應(yīng)變，可采取如專(zhuān)利200810105788. 7所示的方 法，在光柵和底座的連接點(diǎn)加入帶有長(zhǎng)條孔的金屬長(zhǎng)條。為了在防暴場(chǎng)合下使用，傳感器的 金屬材料也可以用非金屬材料代替。 傳感器安裝后，當(dāng)某連接處發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的觀(guān)測(cè)值會(huì)不一致；當(dāng)所有連 接處都沒(méi)發(fā)生滑動(dòng)，并且溫度發(fā)生變化時(shí)，兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的觀(guān)測(cè)值一致。因此，該傳感器可以 判斷連接處是否發(fā)生了滑動(dòng)，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析，得出更可靠的結(jié)果。
權(quán)利要求一種光纖光柵高靈敏溫度傳感器，包括具有熱膨脹系數(shù)為α1的金屬底座、兩根具有熱膨脹系數(shù)為α2的金屬長(zhǎng)條和兩根光柵，其特征在于所述一根光柵與所述一根金屬長(zhǎng)條串聯(lián)后的兩端點(diǎn)固定在所述金屬底座的頂面，所述另一根光柵與所述另一根金屬長(zhǎng)條串聯(lián)后的兩端點(diǎn)也并排固定在所述金屬底座的頂面。
專(zhuān)利摘要在測(cè)量過(guò)程中，若雙金屬光纖光柵傳感器的連接處產(chǎn)生滑動(dòng)，將嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果。為了減小其影響，本實(shí)用新型采取了一種并聯(lián)式的結(jié)構(gòu)，即在一個(gè)金屬基底上并排放置兩根金屬長(zhǎng)條，并使其各連接一根光柵，形成兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)。這樣，當(dāng)某連接處發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的觀(guān)測(cè)值會(huì)不一致；當(dāng)所有連接處都沒(méi)發(fā)生滑動(dòng)，并且溫度發(fā)生變化時(shí)，兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的觀(guān)測(cè)值一致。因此，該傳感器可以判斷連接處是否發(fā)生了滑動(dòng)。
文檔編號(hào)G01K11/32GK201476904SQ20092017288
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者劉愛(ài)春, 周振安, 李闊, 王秀英 申請(qǐng)人:中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所