专利名称：一种并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， JeahoohHung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并联式的结构，即在一个金属基底上并排放置 两根金属长条，并使其各连接一根光栅，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。
3[0010] 本实用新型提供了一种并联式光纤光栅高灵敏温度传感器，包括具有热膨胀系数 为a i的金属底座、两根具有热膨胀系数为02的金属长条和两根光栅，所述一根光栅与所 述一根金属长条串联后的两端点固定在所述金属底座的顶面，所述另一根光栅与所述另一 根金属长条串联后的两端点也并排固定在所述金属底座的顶面。
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具有热膨胀系数为a工的金属底座、两根具有热膨 胀系数为a2的金属长条和两根光栅，所述一根光栅与所述一根金属长条串联后的两端点 固定在所述金属底座的顶面，所述另一根光栅与所述另一根金属长条串联后的两端点也并 排固定在所述金属底座的顶面。根据传感器设计的灵敏度，选择a" 02，光栅长度，金属底 座长度及两根金属长条的尺寸；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、两根具有热膨胀系数为α2的金属长条和两根光栅，其特征在于所述一根光栅与所述一根金属长条串联后的两端点固定在所述金属底座的顶面，所述另一根光栅与所述另一根金属长条串联后的两端点也并排固定在所述金属底座的顶面。
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并联式的结构，即在一个金属基底上并排放置两根金属长条，并使其各连接一根光栅，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G01K11/32GK201476904SQ20092017288
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