一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电子测量技术领域，涉及一种光纤布拉格光栅温度传感器，特别是可实现光纤布拉格光栅中心波长调谐的用于低温测量的温度传感器，。
【背景技术】
[0002]温度是光纤布拉格光栅可以直接敏感的基本物理参量之一，国内外基于光纤布拉格光栅温度传感器的研宄及应用已有很多，但温度多集中在O?100°C之间，在高温测量领域则主要以高温油井测量应用为代表。相比较而言，对于光纤布拉格光栅在低温环境下的研宄及应用还较少。而在航空航天燃料贮箱、大型超导磁体、液化天然气存储、生物医学研宄等低温工程应用领域中，多处于超低温、强磁场、大电流、强辐射等恶劣环境中，与传统的温度传感器相比，光纤布拉格光栅与具有抗电磁干扰、电绝缘性好、易于构成传感网络进行多点位的分布式测量等优点，这些均满足目前低温工程中对传感器性能的要求。
[0003]当前，针对光纤布拉格光栅低温传感器的设计及研宄，一般有采用特殊的结构设计(俞钢.新型剪刀式光纤光栅封装和低温传感装置的研宄，浙江大学硕士学位论文，2004.)，利用电镀法在光纤布拉格光栅上镀金属膜(郭明金，姜德生.镀金光纤光栅温度传感器的低温特性，低温物理学报，2006，28 (2):138-141.)，以及采用特殊的低温材料进行封装(何伟，徐先东，姜德生.聚合物封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器及其低温特性，光学学报，2004，24 (10):1316-1319.)等方式来实现。然而在对光纤布拉格光栅进行封装的过程中，采用的以环氧树脂为主要组分的各种胶粘剂制备和使用过程中，胶体的均匀性及封装工艺对传感器的性能有很大影响。更重要的是，由于胶粘剂与光纤收缩率不同，导致在低温环境下一些光纤布拉格光栅传感器出现啁啾效应，甚至胶体脱粘导致传感器失效。因此，迫切需要一种结构简单、可靠性好的光纤布拉格光栅低温传感器。
[0004]此外，由于光纤布拉格光栅为波长编码的传感器，相邻中心波长的传感器一般要求保持2?3nm的波长间隔。然而，绝大多数光纤布拉格光栅传感器经封装之后，在标准环境中布拉格中心反射波长为固定值，无法实现人为调节。尤其在采用多个传感器实现分布式及网络化传感中，更要防止相邻中心波长的光纤布拉格光栅产生交叉串扰。而一种简便易行的方法就是实现对光纤布拉格光栅传感器在标准环境中的中心反射波长进行人为调谐。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术状况，本发明的目的在于，提供一种适合在低温环境下应用，可靠性好、结构简单，并能够实现波长人为调谐的光纤布拉格光栅低温传感器。
[0006]现将本发明构思及技术解决方案叙述如下:
[0007]为实现上述目的，本发明根据裸光纤布拉格光栅本身具有良好的温度灵敏性(约10pm/°C量级)，在温度不低于150K的范围内波长随温度的变化仍然呈现出较好的线性关系的特性，所设计的测量精度能够满足多数低温工程领域的测量要求。
[0008]本发明一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，其特征在于:由不锈钢管套筒、调节滑杆、光纤布拉格光栅、螺母调节构成；所述的光纤布拉格光栅两端的尾纤分别固定在不锈钢管套筒底部圆孔和调节滑杆的中心孔内，并用环氧树脂胶粘剂固定封装；所述的调节螺母具有内螺纹，通过内螺纹与不锈钢套筒旋接；所述的调节滑杆安装在调节螺母内，且与不锈钢套筒相接。
[0009]本发明进一步提供一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，其特征在于:所述的光纤布拉格光栅的光栅写入区经过二次涂覆处理，以提高光栅栅区的强度及柔韧性；光纤布拉格光栅位于不锈钢管套筒中间位置，两端尾纤通过环氧树脂胶粘剂固定在不锈钢管套筒底部及调节滑杆的中心孔内。
[0010]本发明进一步提供一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，其特征在于:所述的不锈钢管套筒底部封闭，圆心处留有小孔用于固定光纤布拉格光栅一端尾纤，不锈钢管套筒外侧有精密螺纹，用来实现与调节螺母配合。
[0011]本发明进一步提供一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，其特征在于:所述的调节滑杆的滑杆部分为扁形，调节滑杆的滑杆端头上设有导向肋片，与不锈钢管套筒上半部分预留的凹槽相配合，使调节滑杆沿轴向移动时不会产生旋转运动，避免损坏光纤布拉格光栅；调节滑杆的另一端式滑杆端头，滑杆端头的中心留有通孔用于固定光纤布拉格光栅的另一端尾纤。
[0012]本发明进一步提供一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，其特征在于:所述的调节螺母外侧有防滑刻槽，其向上旋转时与调节滑杆顶部端头相接触后带动其产生轴向位移，并使光纤布拉格光栅产生轴向预拉伸，以实现对光纤布拉格光栅中心波长的调谐；
[0013]本发明进一步提供一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，其特征在于:所述的光纤布拉格光栅两端尾纤留有标准接头，便于传感器与解调设备连接，以及多个传感器串接构成分布式传感测试网络。
[0014]本发明的优点及有益效果是:通过结构设计，利用对裸光纤布拉格光栅的预拉伸量进行调节，可实现光纤布拉格光栅中心波长的调谐，同时有利于提高传感器的温度测量范围及灵敏度。避免了采用胶粘剂及其它材料对光纤布拉格光栅进行封装后，导致在低温测量过程中因材料收缩率的不同而引起光纤布拉格光栅的啁啾效应。该传感器结构设计简单易行、可靠性较高。实际应用中可以根据现场测量的需要，通过对精密螺母的调节实现对光纤布拉格光栅中心波长的调谐，以满足在多个传感器实现分布式及网络化传感中，防止相邻中心波长的光纤布拉格光栅产生交叉串扰的问题，具有更好的灵活性。适合多数低温工程中超低温、强磁场、大电流、强辐射等恶劣环境中的温度测量。
【附图说明】
[0015]图1:可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器的外观图
[0016]图2:可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器的主剖面图
[0017]图3:图1的A-A向剖面图
[0018]图4::调节滑杆示意图
[0019]图5:调节滑杆的滑杆端头示意图
[0020]其中:1不锈钢管套筒2调节滑杆3光纤布拉格光栅4调节螺母5环氧树脂胶粘剂6滑杆端头7导向肋片8光纤尾纤固定孔
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步说明。
[0022]如图1和图2所示，本发明可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，包括不锈钢管套筒1、调节滑杆2、光纤布拉格光栅3、调节螺母4。采用二次涂覆处理后的光纤布拉格光栅；不锈钢管套筒I底部封闭，圆心处留有小孔用于固定光纤布拉格光栅3 —端尾纤；将光纤布拉格光栅3穿过不锈钢管套筒I底部小孔和调节滑杆2的中心孔，保证栅区位于不锈钢管套筒I中间位置，然后采用改性环氧树脂胶粘剂5将两端尾纤分别固定于不锈钢管套筒I底部和调节滑杆2的中心孔内，同时保持调节滑杆2两侧的导向肋片7位于不锈钢管套筒I两侧的凹槽内；将调节螺母4从不锈钢管套筒I底部旋入，直至调节螺母4与调节滑杆2顶部端头部分相接触，带动调节滑杆2产生轴向位移，从而使光纤布拉格光栅3产生轴向预拉伸，并实现光纤布拉格光栅3中心波长的调谐功能。可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器两端尾纤均留有标准接头，既可以实现单个传感器单点温度的测量，也可以利用标准接头实现多个传感器的串接，以满足分布式及网络化测试的需要；不锈钢管套筒I外侧有精密螺纹，用来实现与调节螺母配合。
[0023]如图3、4、5所示，图3是图1的A-A向剖面图，从图中可看出调节滑杆2为扁平状，调节滑杆2的滑杆端头6上设有导向肋片7，与不锈钢管套筒I上半部分预留的凹槽相配合，使调节滑杆2沿轴向移动时不会产生旋转运动，避免损坏光纤布拉格光栅3 ;调节滑杆2的另一端是滑杆端头6，滑杆端头6的中心留有通孔用于固定光纤布拉格光栅3的另一端尾。
[0024]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，其特征在于:由不锈钢管套筒、调节滑杆、光纤布拉格光栅、螺母调节构成；所述的光纤布拉格光栅两端的尾纤分别固定在不锈钢管套筒底部圆孔和调节滑杆的中心孔内，并用环氧树脂胶粘剂固定封装；所述的调节螺母具有内螺纹，通过内螺纹与不锈钢套筒旋接；所述的调节滑杆安装在调节螺母内，且与不锈钢套筒相接。
2.根据权利要求1所述的一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，其特征在于:所述的光纤布拉格光栅的光栅写入区经过二次涂覆处理，光纤布拉格光栅位于不锈钢管套筒中间位置，两端尾纤通过环氧树脂胶粘剂固定在不锈钢管套筒底部及调节滑杆的中心孔内。
3.根据权利要求2所述的一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，其特征在于:所述的不锈钢管套筒底部封闭，圆心处留有小孔用于固定光纤布拉格光栅一端尾纤，不锈钢管套筒外侧有精密螺纹。
4.根据权利要求3所述的本发明进一步提供一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，其特征在于:所述的调节滑杆的滑杆部分为扁形，调节滑杆的滑杆端头上设有导向肋片，与不锈钢管套筒上半部分预留的凹槽相配合，使调节滑杆沿轴向移动时不会产生旋转运动；调节滑杆的另一端式滑杆端头，滑杆端头的中心留有通孔用于固定光纤布拉格光栅的另一端尾纤。
5.根据权利要求4所述的一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，其特征在于:所述的调节螺母外侧有防滑刻槽，其向上旋转时与调节滑杆顶部端头相接触后带动其产生轴向位移，并使光纤布拉格光栅产生轴向预拉伸，以实现对光纤布拉格光栅中心波长的调谐。
6.根据权利要求5所述的一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，其特征在于:所述的光纤布拉格光栅两端尾纤留有标准接头，便于传感器与解调设备连接，且与多个传感器串接构成分布式传感测试网络。
【专利摘要】本发明涉及一种可调谐的光纤布拉格光栅低温传感器，包括不锈钢管套筒、调节滑杆、光纤布拉格光栅以及调节螺母等。光纤布拉格光栅位于不锈钢管套筒中间位置，两端尾纤固定于套筒底部及调节滑杆的中心孔内；调节滑杆两侧设计有导向肋片，使其位于不锈钢管套筒两侧的凹槽内，保证不会产生旋转而损坏光纤布拉格光栅。调节螺母通过不锈钢管套筒外侧的精密螺纹，带动调节滑杆产生轴向位移，从而使光纤布拉格光栅产生轴向预拉伸，并实现光纤布拉格光栅中心波长的调谐功能，防止多个传感器使用中相邻中心波长的光纤布拉格光栅产生交叉串扰的问题，具有更好的灵活性，适合多数低温工程中超低温、强磁场、大电流、强辐射等恶劣环境中的温度测量。
【IPC分类】G01K11-32
【公开号】CN104655320
【申请号】CN201410690410
【发明人】李洪才, 刘春桐, 冯永保, 周召发, 王鹏致, 何祯鑫
【申请人】中国人民解放军第二炮兵工程大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年11月25日