專利名稱：一種串聯(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法比擬的優(yōu)點全光測量，在監(jiān)測現(xiàn)場無電氣設(shè) 備，不受電磁及核輻射干擾；零點無漂移，長期穩(wěn)定；以反射光的中心波長表征被測量，不 受光源功率波動、光纖微彎效應(yīng)及耦合損耗等因素的影響；絕對量測量，系統(tǒng)安裝及長期使 用過程中無需定標(biāo)；使用壽命長等等。 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，用紫外激光直接寫入法在單模光纖的纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵， 其實質(zhì)是在纖芯內(nèi)形成一個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)寬帶光通過傳輸光纖射入時，它與光柵發(fā)生耦合作用，光柵對該寬帶光有選 擇地反射回相應(yīng)的一個窄帶光，并沿原傳輸光纖返回；其余寬帶光則直接透射過去。反射回 的窄帶光的中心波長值(也叫Bragg波長)為 入b = 2neff A 上式中，nrff為FBG的有效反射系數(shù)，A為FBG的相鄰兩個柵隔之間的幾何距離。 當(dāng)溫度變化時，引起返回波長變化量相對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)域都無法滿足要求。 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對溫度和應(yīng)變同時敏感的特性，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，把FBG和高熱膨脹系數(shù)材料封 裝在一起。當(dāng)被測溫度變化時，通過高熱膨脹系數(shù)材料的形變向FBG施加一個應(yīng)變量，使得 FBG的返回波長變化量加大。最初，研究人員通過將FBG直接粘貼在大膨脹系數(shù)材料上進 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， Jeahooh Hung等人在Applied Optics期刊上，提出了通過雙金屬實現(xiàn)溫度增敏，效果明顯。 雙金屬溫度增敏原理溫度變化時，把兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬長度變化量的差轉(zhuǎn)化成 光柵長度的變化量，使得光纖光柵的返回中心波長的變化量增加。
三
實用新型內(nèi)容在測量過程中，若雙金屬光纖光l 果。為了減小其影響，本實用新型采取了-長條的中部固定在一起，并在它們的端點2
示。這樣，當(dāng)某連接處發(fā)生滑動時，兩個測: 滑動，并且溫度發(fā)生變化時，兩個測量點的:
傳感器的連接處產(chǎn)生滑動，將嚴重影響測量結(jié) 種串聯(lián)式的結(jié)構(gòu)，即把金屬基底的中部與金屬 間各連接一根光柵，形成兩個測量點，如附圖所 l:點的觀測值會不一致；當(dāng)所有連接處都沒發(fā)生 B測值一致。因此，該傳感器可以判斷連接處是否發(fā)生了滑動。 本實用新型提供了 一種串聯(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c^的金屬底座、具有熱膨脹系數(shù)為02的金屬長條和兩根光柵，所述金屬底座的中部與 所述金屬長條的中部固定在一起，所述光柵的兩端分別固定在所述金屬底座和所述金屬長 條上。
四
附圖是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。 其中，l為光柵，2為金屬底座，3為金屬長條，4為固定點。
五、 具體實施方案 下面結(jié)合舉例對本實用新型做更詳細的描述 該傳感器主要由以下部分組成兩根光柵、具有熱膨脹系數(shù)為a工的金屬底座和 具有熱膨脹系數(shù)為02的全屬長條，金屬基底的中部與金屬長條的中部固定在一起，并在它 們的端點之間各連接一根光柵，形成兩個測量點，如附圖所示。根據(jù)傳感器設(shè)計的靈敏度， 選擇Ql， c^，光柵長度，金屬底座長度及金屬長條的長度；根據(jù)傳感器設(shè)計的工作溫度區(qū) 間，設(shè)置兩光柵的預(yù)松長度或預(yù)拉應(yīng)變。為了方便控制預(yù)松長度和預(yù)拉應(yīng)變，可采取如專利 200810105788. 7所示的方法，在光柵和底座的連接點加入帶有長條孔的金屬長條。為了在 防暴場合下使用，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)生滑動時，兩個測量點的觀測值會不一致；當(dāng)所有連 接處都沒發(fā)生滑動，并且溫度發(fā)生變化時，兩個測量點的觀測值一致。因此，該傳感器可以 判斷連接處是否發(fā)生了滑動，并通過數(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、具有熱膨脹系數(shù)為α2的金屬長條和兩根光柵，其特征在于所述金屬底座的中部與所述金屬長條的中部固定在一起，所述光柵的兩端分別固定在所述金屬底座和所述金屬長條上。
專利摘要在測量過程中，若雙金屬光纖光柵傳感器的連接處產(chǎn)生滑動，將嚴重影響測量結(jié)果。為了減小其影響，本實用新型采取了一種串聯(lián)式的結(jié)構(gòu)，即把金屬基底的中部與金屬長條的中部固定在一起，并在它們的端點之間各連接一根光柵，形成兩個測量點。這樣，當(dāng)某連接處發(fā)生滑動時，兩個測量點的觀測值會不一致；當(dāng)所有連接處都沒發(fā)生滑動，并且溫度發(fā)生變化時，兩個測量點的觀測值一致。因此，該傳感器可以判斷連接處是否發(fā)生了滑動。
文檔編號G01K11/32GK201476903SQ200920172880
公開日2010年5月19日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者劉愛春, 周振安, 李闊, 王秀英 申請人:中國地震局地殼應(yīng)力研究所