专利名称：一种压力与温度同时区分测量的光纤光栅传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光电子技术领域，是一种能够对油气管道和油气井中压力和温度进行同时区分、实时在线、永久动态检测的光纤光栅智能化传感器。
背景技术：
近年来光纤光栅作为一种新型传感器件引起了人们广泛重视。这种传感器除具有一般光纤传感器不受电磁波干扰、灵敏度高、重量轻、结构紧凑、成本低，适宜于在高温高压、腐蚀性或危险性环境使用的优点之外，还具有本征自相干能力强和在一根光纤上利用波分复用技术实现多点复用、多参量分布式区分测量的独特优势，具有巨大的发展潜力。压力与温度同时区分测量传感器在工业检测领域中有着广泛的应用前景。结合光纤光栅本征优点特性，研制结构简单、新颖实用的光纤光栅压力与温度同时区分传感器具有重要的现实意义。
目前在设计光纤光栅压力与温度同时区分测量传感器时是用不同中心反射波长的双Bragg光栅结构，结合聚合物特殊封装技术，使两个光栅对压力与温度分别不同敏感，依据Bragg反射波长与压力、温度对应关系，通过测量Bragg反射波长漂移量实现待测压力与温度的测量。由于温度与压力同时引起光纤光栅的Bragg波长移动而造成交叉敏感，如何有效克服交叉敏感效应并实现压力与温度的同时区分测量是光纤光栅传感技术真正走向实际应用的关键。针对这一问题，国内外已报道了很多解决方案，包括双周期FBG法，LPG/FBG融合法，不同聚合物封装法，不同包层直径法，光纤光栅F-P腔法，悬臂梁法，在掺锗和硼锗共掺光纤上写入光栅区分法。但这些方案有一个共同的缺点，即需要采用两个或两个以上的光栅组合来克服交叉敏感问题，难以保证测量位置的准确性，从而影响了测量精度，增加了成本的同时制作工艺也较为复杂。与此同时，部分方案需要多个解调光源，这给光纤光栅传感器的实际应用带来不便，有的则失去了光纤光栅传感器所特有的波长编码特性。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种压力与温度同时区分测量的光纤光栅传感器，这种新颖的光纤Bragg光栅压力温度传感器，通过单一光纤光栅实现压力与温度同时区分测量，提高探测灵敏度，简化结构，使用安全可靠，克服目前光纤光栅压力与温度同时区分测量精度低的问题，本实用新型是这样实现的本实用新型是这样实现的包括悬臂梁3、光纤2、光纤Bragg光栅1、粘接剂5，其特征在于悬臂梁3上开有孔4，光纤Bragg光栅1直接写在光纤2上，光纤2、光纤Bragg光栅1通过粘接剂5粘贴在悬臂梁3上。
本实用新型还采用如下技术方案光纤Bragg光栅1中心粘贴于悬臂梁3应力集中的位置。
悬臂梁3选用热膨胀系数较大的金属材料。
通过改变光纤Bragg光栅1粘贴处悬臂梁弧顶厚度和压力作用点与光纤Bragg光栅1距离，可适时调整压力测量范围及其精度。
本实用新型的技术原理是基于光纤Bragg光栅反射波线性展宽技术，利用其非均匀应变带动光栅使Bragg反射波波长漂移的同时带宽展宽，而温度仅引起反射波波长漂移、带宽不展宽，实现单光栅温度与压力双参量同时区分测量。
本实用新型的优点在于本光纤光栅传感器可通过一个光纤Bragg光栅同时区分测量压力与温度的变化，实现单光栅双参数多点测量；另外，通过改变光栅粘贴处悬臂梁弧顶厚度和压力作用点与光栅距离，可适时调整压力测量范围及其精度；与此同时，利用热膨胀系数较高的金属材料基底带动，光栅温度响应系数得到有效提高，增加了区分测量的精确性。此系统只需单一光源，并且保留了光纤光栅传感器的波长编码特性的优点，波型稳定，精度高，耐高温高压，安全可靠，线性度与重复性好。易于实现温度压力分布式区分测量，具有很好的实际应用价值。
图1一种双孔悬臂梁光纤光栅传感器结构图；图2一种悬臂梁光纤光栅传感器结构图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括铝质悬臂梁3，硅基质掺锗单模光纤2，光纤Bragg光栅1。悬臂梁3上开有双孔4，双孔4之间长方形贯通，悬臂梁长50mm，宽10mm，高35mm，双孔孔距40mm，双孔半径15mm。光纤Bragg光栅1直接写在硅基质掺锗单模光纤2上，单模光纤2、光纤Bragg光栅1通过RTV硅橡胶粘接剂5粘贴在悬臂梁3上。
光纤Bragg光栅1中心正对悬臂梁3固定臂6一端园孔的孔心，即光纤Bragg光栅1中心粘贴于悬臂梁3应力集中的位置。
当在悬臂梁3自由臂7加上垂向压力时，粘贴光纤Bragg光栅1处的悬臂梁3发生非均匀应变，同时带动光纤Bragg光栅1同步发生非均匀应变，使光纤Bragg光栅1反射波中心波长线形漂移的同时带宽展宽。外界温度发生变化时，仅引起光纤Bragg光栅1反射波中心波长线形漂移而带宽不展宽，通过光纤光栅信号解调系统进行检测，得出压力和温度的变化，实现单光纤光栅温度压力双参量的同时区分测量。
另外通过改变光栅粘贴处悬臂梁弧顶厚度和压力作用点与光栅距离，可适时调整压力测量范围及其精度；本实用新型还可以这样实施如图2所示，本实用新型包括铝质悬臂梁3，硅基质掺錋单模光纤2，光纤Bragg光栅1。悬臂梁3上开有孔4，靠近悬臂梁3固定臂6一端的孔4为园形，另一端为长方形，悬臂梁长50mm，宽10mm，高35mm，园孔半径15mm，长方形孔长度20mm。光纤Bragg光栅1直接写在硅基质掺錋单模光纤2上，硅基质掺錋单模光纤2、光纤Bragg光栅1通过RTV硅橡胶粘接剂5粘贴在悬臂梁3上。
光纤Bragg光栅1中心正对悬臂梁3固定臂6一端园孔的孔心，即光纤Bragg光栅1中心粘贴于悬臂梁3应力集中的位置。
当在悬臂梁3自由臂7加上垂向压力时，粘贴光纤Bragg光栅1处的悬臂梁3发生非均匀应变，同时带动光纤Bragg光栅1同步发生非均匀应变，使光纤Bragg光栅1反射波中心波长线形漂移的同时带宽展宽。外界温度发生变化时，仅引起光纤Bragg光栅1反射波中心波长线形漂移而带宽不展宽，通过光纤光栅信号解调系统进行检测，得出压力和温度的变化，实现单光纤光栅温度压力双参量的同时区分测量。
另外通过改变光栅粘贴处悬臂梁弧顶厚度和压力作用点与光栅距离，可适时调整压力测量范围及其精度。
权利要求1.一种压力与温度同时区分测量的光纤光栅传感器，包括悬臂梁(3)、光纤(2)、光纤Bragg光栅(1)、粘接剂(5)，其特征在于悬臂梁(3)上开有孔(4)，光纤(2)上设有光纤Bragg光栅(1)，光纤(2)、光纤Bragg光栅(1)通过粘接剂(5)粘贴在悬臂梁(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种压力与温度同时区分测量的光纤光栅传感器，其特征在于光纤Bragg光栅(1)中心粘贴于悬臂梁(3)应力集中的位置。
3.根据权利要求1所述的一种压力与温度同时区分测量的光纤光栅传感器，其特征在于孔(4)或者是单孔，或者是双孔。
4.根据权利要求1所述的一种压力与温度同时区分测量的光纤光栅传感器，其特征在于光纤Bragg光栅(1)粘贴处悬臂梁弧顶厚度和压力作用点与光纤Bragg光栅1距离可变。
专利摘要一种压力与温度同时区分测量的光纤光栅传感器，包括悬臂梁3、光纤2、光纤Bragg光栅1、粘接剂5，其特征在于悬臂梁3上开有孔4，光纤Bragg光栅1直接写在光纤2上，光纤2、光纤Bragg光栅1通过粘接剂5粘贴在悬臂梁3上，在温度20℃～100℃和压力0～800gf(7.8N)的测量范围内，利用分辨率为0.05nm的光谱分析仪检测反射波，温度分辨率为1.8℃，压力分辨率为0.5N，Bragg中心反射波长漂移量和带宽展宽量随温度和压力的变化呈良好的线性关系，线性度均高于99.6％。多次测量展宽波型稳定，重复性好。
文档编号E21B47/06GK2833523SQ20052012702
公开日2006年11月1日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者乔学光, 傅海威, 贾振安, 王宏亮, 赵大壮 申请人:西安石油大学