專利名稱：應(yīng)變和溫變同時測量的單光纖光柵封裝方法及其傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是光纖傳感領(lǐng)域里的一種發(fā)明設(shè)計，特別是一種應(yīng)變和溫度同時測量的單光纖光柵傳感器，屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。
由于傳感頭上的應(yīng)變可以由壓力、應(yīng)力等力學(xué)量施加產(chǎn)生，因此，應(yīng)變傳感可以通過壓力傳感(包括應(yīng)力傳感、位移傳感等)來實現(xiàn)。于是，壓力-溫變關(guān)系式為ΔλB1/λB1ΔλB2/λB2=η11(P)η12(T)η21(P)η22(T)×PΔT.....(2)]]>式中P是壓力，η(P)是壓力系數(shù)。η(P)與η(ε)的關(guān)系為η(P)=-(1-2μ)Eη(ϵ).......(3)]]>式中μ、E分別是化學(xué)聚合物的泊松比、楊氏模量。
也可將一只光纖光柵分成幾段，依次進(jìn)行封裝，同時測量幾個參數(shù)。
本發(fā)明的有益效果是利用一只光纖光柵設(shè)計的傳感器，在各種場合和場地可同時測量應(yīng)變和溫度。
圖2是應(yīng)變和溫變同時測量的單光纖光柵傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。其中，寬帶光源5，波長測試儀6，光纖耦合器7，匹配液8，壓力罐9，壓力表10。
在具體實施例子圖2中，傳感器包括光纖布拉格光柵1，帶包層的光纖2，化學(xué)聚合物甲3，化學(xué)聚合物乙4，寬帶光源5，波長測試儀6，2×2光纖耦合器7，匹配液8，壓力罐9，壓力表10。連接方式2×2光纖耦合器7一側(cè)的兩根光纖，一根插入匹配液8，另一根連接已封裝的光纖布拉格光柵1，并將其放入壓力罐9中，壓力表10與壓力罐9相連；2×2光纖耦合器另外一側(cè)的兩根光纖，一根接寬帶光源5，另一根接波長測試儀6。
傳感器所用的光纖布拉格光柵是利用相位掩膜法制作的，其長度10mm，中心反射波長為1550.39nm，峰值反射率為80％，譜寬為0.33nm。圖3是聚合物封裝前后光纖光柵的反射譜圖。其中，(a)是封裝前光纖光柵的反射譜圖，(b)是封裝后光纖光柵的反射譜圖。由圖3可知，封裝后的光纖光柵在1540.50nm和1550.30nm處出現(xiàn)兩個反射峰(分別稱之為峰1和峰2)。
根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)，得到的(2)式測量擬合值為 由(4)式可知，反射峰1的壓力系數(shù)是-5.24×10-5/MPa，溫變系數(shù)是5.69×10-5/℃；反射峰2的壓力系數(shù)是-1.98×10-6/MPa，溫變系數(shù)是6.58×10-6/℃。
實用中，測量壓力和溫變時，系統(tǒng)首先測量傳感光纖光柵的兩個反射峰之間的波長差，然后由相關(guān)的軟件根據(jù)(4)式即可得到壓力P和溫變ΔT的具體數(shù)值。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)變和溫變同時測量的單光纖光柵的封裝方法，用化學(xué)聚合物封裝光纖，其特征在于將一只光纖光柵分成甲乙兩段，甲段封裝于化學(xué)聚合物甲中，然后將光纖光柵整體封裝于化學(xué)聚合物乙中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變和溫變同時測量的單光纖光柵的封裝方法，其特征在于所述的化學(xué)聚合物甲是聚酰胺類樹脂，化學(xué)聚合物乙是聚胺脂類樹脂；或聚合物乙是聚酰胺類樹脂，化學(xué)聚合物甲是聚胺脂類樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變和溫變同時測量的單光纖光柵的封裝方法，其特征在于所述的光纖光柵聚合物封裝形狀是長方體或圓柱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變和溫變同時測量的單光纖光柵的封裝方法，其特征在于所述的光纖光柵為光纖布拉格光柵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變和溫變同時測量的單光纖光柵的封裝方法，其特征在于甲乙兩段長度的比是1∶(1～3)，或(1～3)∶1，最佳比例是1∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變和溫變同時測量的單光纖光柵的封裝方法，其特征在于可將一只光纖光柵分成幾段，依次進(jìn)行封裝，可以同時測量幾個參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法設(shè)計的傳感器，其特征在于傳感器包括光纖布拉格光柵(1)，帶包層的光纖(2)，化學(xué)聚合物甲(3)，化學(xué)聚合物乙(4)，寬帶光源(5)，波長測試(6)，2×2光纖耦合器(7)，匹配液(8)，壓力罐(9)，壓力表(10)，其連接方式2×2光纖耦合器(7)一側(cè)的兩根光纖，一根插入匹配液(8)，另一根連接已封裝的光纖布拉格光柵(1)，并將其放入壓力罐(9)中，壓力表(10)與壓力罐(9)相連；2×2光纖耦合器另外一側(cè)的兩根光纖，一根接寬帶光源(5)，另一根接波長測試儀(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，其特征在于所述的光纖耦合器是2×2或1×2光纖耦合器。
全文摘要
本發(fā)明是一種應(yīng)變和溫變同時測量的單光纖光柵封裝方法及其傳感器，是光纖傳感領(lǐng)域里的一種發(fā)明設(shè)計，特別是一種應(yīng)變和溫變同時測量的單光纖光柵傳感器，屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。將一根分成兩段，用兩種不同的化學(xué)聚合物分別對光纖光柵進(jìn)行封裝，使用光纖光柵、寬帶光源，波長測試儀，2×2光纖耦合器，匹配液，壓力罐，壓力表組裝成傳感器，封裝后的光纖光柵受到外界作用時，光纖光柵的反射譜中將出現(xiàn)兩個反射峰，只要測得兩個反射峰之間的波長差，即可實現(xiàn)應(yīng)變和溫變的同時測量。
文檔編號G01D5/26GK1412530SQ02156479
公開日2003年4月23日 申請日期2002年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月18日
發(fā)明者開桂云, 張偉剛, 董孝義, 袁樹忠, 趙啟大, 劉志國 申請人:南開大學(xué)