專利名稱：一種并聯式光纖光柵高靈敏溫度傳感器的制作方法
技術領域：
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)測現場無電氣設 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、光纖微彎效應及耦合損耗等因素的影響；絕對量測量，系統安裝及長期使 用過程中無需定標；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形成的空間相位光柵， 其實質是在纖芯內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，A為FBG的相鄰兩個柵隔之間的幾何距離。 當溫度變化時，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；e為單位溫度變化下FBG的應變量；4為FBG的 熱光系數。 FBG固有的溫度分辨率很低，約0. 1°C /pm。這在很多應用領域都無法滿足要求。 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對溫度和應變同時敏感的特性，通過合理的結構設計，把FBG和高熱膨脹系數材料封 裝在一起。當被測溫度變化時，通過高熱膨脹系數材料的形變向FBG施加一個應變量，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制約。1999年3月， JeahoohHung等人在Applied Optics期刊上，提出了通過雙金屬實現溫度增敏，效果明顯。 雙金屬溫度增敏原理溫度變化時，把兩種熱膨脹系數不同的金屬長度變化量的差轉化成 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
實用新型內容在測量過程中，若雙金屬光纖光柵傳感器的連接處產生滑動，將嚴重影響測量結 果。為了減小其影響，本實用新型采取了一種并聯式的結構，即在一個金屬基底上并排放置 兩根金屬長條，并使其各連接一根光柵，形成兩個測量點。這樣，當某連接處發(fā)生滑動時，兩 個測量點的觀測值會不一致；當所有連接處都沒發(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。
3[0010] 本實用新型提供了一種并聯式光纖光柵高靈敏溫度傳感器，包括具有熱膨脹系數 為a i的金屬底座、兩根具有熱膨脹系數為02的金屬長條和兩根光柵，所述一根光柵與所 述一根金屬長條串聯后的兩端點固定在所述金屬底座的頂面，所述另一根光柵與所述另一 根金屬長條串聯后的兩端點也并排固定在所述金屬底座的頂面。
四
附圖是本實用新型的結構示意圖。 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具有熱膨脹系數為a工的金屬底座、兩根具有熱膨 脹系數為a2的金屬長條和兩根光柵，所述一根光柵與所述一根金屬長條串聯后的兩端點 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條串聯后的兩端點也并 排固定在所述金屬底座的頂面。根據傳感器設計的靈敏度，選擇a" 02，光柵長度，金屬底 座長度及兩根金屬長條的尺寸；根據傳感器設計的工作溫度區(qū)間，設置兩光柵的預松長度 或預拉應變。為了方便控制預松長度和預拉應變，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，當某連接處發(fā)生滑動時，兩個測量點的觀測值會不一致；當所有連 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，并通過數據分析，得出更可靠的結果。
權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為α1的金屬底座、兩根具有熱膨脹系數為α2的金屬長條和兩根光柵，其特征在于所述一根光柵與所述一根金屬長條串聯后的兩端點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條串聯后的兩端點也并排固定在所述金屬底座的頂面。
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生滑動，將嚴重影響測量結果。為了減小其影響，本實用新型采取了一種并聯式的結構，即在一個金屬基底上并排放置兩根金屬長條，并使其各連接一根光柵，形成兩個測量點。這樣，當某連接處發(fā)生滑動時，兩個測量點的觀測值會不一致；當所有連接處都沒發(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G01K11/32GK201476904SQ20092017288
公開日2010年5月19日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權日2009年8月19日
發(fā)明者劉愛春, 周振安, 李闊, 王秀英 申請人:中國地震局地殼應力研究所