专利名称：一种串联式光纤光栅高灵敏温度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光纤传感器，尤其是光纤光栅温度传感器。
二、技术背景 光纤光栅具有许多其它传感器无法比拟的优点全光测量，在监测现场无电气设 备，不受电磁及核辐射干扰；零点无漂移，长期稳定；以反射光的中心波长表征被测量，不 受光源功率波动、光纤微弯效应及耦合损耗等因素的影响；绝对量测量，系统安装及长期使 用过程中无需定标；使用寿命长等等。 光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，S卩外界入射光子和纤芯相互作用而引起后者 折射率的永久性变化，用紫外激光直接写入法在单模光纤的纤芯内形成的空间相位光栅， 其实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜。光纤光栅属于反射型工作器件，当光 源发出的连续宽带光通过传输光纤射入时，它与光栅发生耦合作用，光栅对该宽带光有选 择地反射回相应的一个窄带光，并沿原传输光纤返回；其余宽带光则直接透射过去。反射回 的窄带光的中心波长值(也叫Bragg波长)为 入b = 2neff A 上式中，nrff为FBG的有效反射系数，A为FBG的相邻两个栅隔之间的几何距离。 当温度变化时，引起返回波长变化量相对温度变化量的灵敏度为 A AB/AT = [(1-Pe) e+4]入b (1) 其中，Pe为FBG的有效弹光常数；e为单位温度变化下FBG的应变量；4为FBG的 热光系数。 FBG固有的温度分辨率很低，约0. 1°C /pm。这在很多应用领域都无法满足要求。 因此，很多研究人员就提高其温度灵敏度做了很多工作。FBG温度传感器增敏的原理是利 用FBG对温度和应变同时敏感的特性，通过合理的结构设计，把FBG和高热膨胀系数材料封 装在一起。当被测温度变化时，通过高热膨胀系数材料的形变向FBG施加一个应变量，使得 FBG的返回波长变化量加大。最初，研究人员通过将FBG直接粘贴在大膨胀系数材料上进 行温度增敏。这种方法取得的增敏效果有限，受到材料的热膨胀系数制约。1999年3月， Jeahooh Hung等人在Applied Optics期刊上，提出了通过双金属实现温度增敏，效果明显。 双金属温度增敏原理温度变化时，把两种热膨胀系数不同的金属长度变化量的差转化成 光栅长度的变化量，使得光纤光栅的返回中心波长的变化量增加。
三
实用新型内容在测量过程中，若双金属光纤光l 果。为了减小其影响，本实用新型采取了-长条的中部固定在一起，并在它们的端点2
示。这样，当某连接处发生滑动时，两个测: 滑动，并且温度发生变化时，两个测量点的:
传感器的连接处产生滑动，将严重影响测量结 种串联式的结构，即把金属基底的中部与金属 间各连接一根光栅，形成两个测量点，如附图所 l:点的观测值会不一致；当所有连接处都没发生 B测值一致。因此，该传感器可以判断连接处是否发生了滑动。 本实用新型提供了 一种串联式光纤光栅高灵敏温度传感器，包括具有热膨胀系数 为c^的金属底座、具有热膨胀系数为02的金属长条和两根光栅，所述金属底座的中部与 所述金属长条的中部固定在一起，所述光栅的两端分别固定在所述金属底座和所述金属长 条上。
四
附图是本实用新型的结构示意图。 其中，l为光栅，2为金属底座，3为金属长条，4为固定点。
五、 具体实施方案 下面结合举例对本实用新型做更详细的描述 该传感器主要由以下部分组成两根光栅、具有热膨胀系数为a工的金属底座和 具有热膨胀系数为02的全属长条，金属基底的中部与金属长条的中部固定在一起，并在它 们的端点之间各连接一根光栅，形成两个测量点，如附图所示。根据传感器设计的灵敏度， 选择Ql， c^，光栅长度，金属底座长度及金属长条的长度；根据传感器设计的工作温度区 间，设置两光栅的预松长度或预拉应变。为了方便控制预松长度和预拉应变，可采取如专利 200810105788. 7所示的方法，在光栅和底座的连接点加入带有长条孔的金属长条。为了在 防暴场合下使用，传感器的金属材料也可以用非金属材料代替。 传感器安装后，当某连接处发生滑动时，两个测量点的观测值会不一致；当所有连 接处都没发生滑动，并且温度发生变化时，两个测量点的观测值一致。因此，该传感器可以 判断连接处是否发生了滑动，并通过数据分析，得出更可靠的结果。
权利要求一种光纤光栅高灵敏温度传感器，包括具有热膨胀系数为α1的金属底座、具有热膨胀系数为α2的金属长条和两根光栅，其特征在于所述金属底座的中部与所述金属长条的中部固定在一起，所述光栅的两端分别固定在所述金属底座和所述金属长条上。
专利摘要在测量过程中，若双金属光纤光栅传感器的连接处产生滑动，将严重影响测量结果。为了减小其影响，本实用新型采取了一种串联式的结构，即把金属基底的中部与金属长条的中部固定在一起，并在它们的端点之间各连接一根光栅，形成两个测量点。这样，当某连接处发生滑动时，两个测量点的观测值会不一致；当所有连接处都没发生滑动，并且温度发生变化时，两个测量点的观测值一致。因此，该传感器可以判断连接处是否发生了滑动。
文档编号G01K11/32GK201476903SQ200920172880
公开日2010年5月19日 申请日期2009年8月19日 优先权日2009年8月19日
发明者刘爱春, 周振安, 李阔, 王秀英 申请人:中国地震局地壳应力研究所