一种基于工字梁增敏结构的光纤光栅温度计的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光纤温度传感技术领域，具体涉及一种基于工字梁增敏结构的光纤光栅温度计。
【背景技术】
[0002]温度是一种日常生活中经常需要测量的物理量，在光纤温度传感器出现之前，主要使用热电偶等电子传感器进行测量。这类传感器具有较高的检测精度，但是体积较大，无法进行远距离和分布式的在线监测，且因为本身带电，在强电环境、石油石化等易燃易爆场合无法使用。光纤光栅温度传感器出现以后，因其体积小、探头无源、可长距离分布式组网测量、不受电磁干扰、可在恶劣环境中工作等特点迅速引起了广泛的关注。目前光纤温度传感器已在建筑行业、电力行业、石油化工领域、航天航空领域等得到了大量应用。因为光纤光栅本身的温度灵敏度有限，满足不了一些高精度的应用场合，因此人们也提出了多种对光纤光栅进行温度灵敏度增敏的方法，如将光纤光栅与热膨胀系数大的金属基底材料粘接在一起，利用基底材料的热膨胀产生的应变作用在光栅上使其波长变化更为敏感;或者使用特殊的高分子材料包裹光栅，并在外面加上保护外壳，也能在一定程度上提高温度灵敏度。诸如此类方法有很多，但是也存在些许不足之处，如增敏效果要依靠材料本身特性、存在温度迟滞现象、长期稳定性不高等。
【发明内容】
[0003]本实用新型设计了一种基于工字梁结构的高灵敏度光纤光栅温度传感器，解决了普通光纤光栅温度分辨率低的技术问题，可满足土木工程、大型结构、电力等领域中温度测量精度高的要求。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的具体技术方案是:一种光纤光栅温度传感器，包括工字梁、增敏筋、普通单模光纤及其上刻写的布拉格光栅、光纤尾纤和封装外壳，所述的工字梁由弹性模量大，热膨胀系数小的材料制成，其作用是作为一个固定光纤布拉格光栅的杠杆结构，通过单点机械固定在封装外壳中；所述的增敏筋是一种由弹性模量大，热膨胀系数大的材料制成的柱状杆件，其两端固定在工字梁的两根纵梁上，安装位置位于光纤布拉格光栅和工字梁的横梁之间;所述的光纤布拉格光栅轴向拉直紧绷的固定在工字梁的两根纵梁之间;所述的封装外壳为金属材料制成，具有良好的耐久性和气密性;所述的光纤尾纤通过金属扣件固定在封装外壳上。
[0005]上述方案中，所述的光纤布拉格光栅在安装的时候施加一定的预拉力固定在工字梁上，并使工字梁和金属扣件之间的两小段普通单模光纤处于松弛状态。
[0006]所述的工字梁仅通过单点安装点与外壳接触，以保证其它部分不受封装外壳的影响。
[0007]所述的工字梁的两根纵梁分别与横梁的两端铰接。
[0008]所述的增敏筋的热膨胀系数大于工字梁横梁的热膨胀系数。
[0009]优选的，光纤布拉格光栅的栅区长度为15或20毫米，且光栅刻写时间短，以增强其机械强度，提高使用寿命。
[0010]优选的，增敏筋使用线膨胀系数大的金属材料铝制品加工，工字梁使用线膨胀系数低的陶瓷制品加工。
[0011]优选的，封装外壳中填充满导热油脂，一是可以减小外界振动的影响，二是可以减小温度传递的迟滞时间，提高温度检测的准确度。
[0012]本实用新型的有益效果是。
[0013]1、工字梁和光纤尾纤特殊固定在外壳内部，因此外界作用在外壳和光纤尾纤上的拉力等静力传递不到光纤布拉格光栅上，因此不对光栅波长产生影响，大幅减小了温度计的串扰。
[0014]2、通过调节增敏筋的位置来调节杠杆作用，增敏筋越靠近横梁增敏程度越高，因此可以在材料选定的情况下实现不同的温度增敏效果。
[0015]3、光栅采用两端轴向拉伸方式增敏，栅区部分无胶水和其他增敏材料包裹，因此不受胶水蠕变和材料老化的影响，可有效提高温度计的使用寿命。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型所述的光纤光栅温度传感器的结构示意图。
[0017]图2是本实用新型所述的光纤光栅温度传感器中工字梁4的侧视图。
[0018]图3是本实用新型所述的光纤光栅温度传感器中工字梁4的顶视图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0020]实施例1。
[0021]如图1所示的一种基于工字梁增敏结构的光纤光栅温度计，包括封装外壳6、光纤尾纤3及位于壳体内部的工字梁4、增敏筋5、单模光纤2和光纤布拉格光栅I。所述的封装外壳3是一种由金属材料制成的具有良好气密性和耐久性的壳体，其内部填充满导热油脂;所述的光纤尾纤3通过金属扣件8固定在封装外壳6中，光纤尾纤3与工字梁4之间的单模光纤2处于松弛状态;所述的工字梁4由两根纵梁41、42和一根横梁43组成，两根纵梁分别和横梁的两端铰接，均为热膨胀系数小的陶瓷等材料加工，工字梁4通过如图3所示的横梁43上的双耳安装孔44机械固定在壳体上;所述的增敏梁5是一根由热膨胀系数大的铝材加工的柱状杆件，其两端分别固定在纵梁41和42上;所述的光纤布拉格光栅I经过预拉伸后固定在工字梁4的安装孔7中。
[0022]在本实施例中，光纤布拉格光栅I的栅区长度选择为20毫米，增敏筋5和横梁43的长度为40毫米，增敏筋5的安装位置处于光纤布拉格光栅I和横梁43之间靠近横梁43的三分之一处。依此，增敏筋5受热膨胀之后长度增加，而横梁43的膨胀伸长很小，因而增敏筋5两端推动纵梁41和42开口。因杠杆作用光纤布拉格光栅I的轴向拉伸长度要大于增敏筋5的伸长量，伸长倍数与增敏筋5的安装位置有关，在本实施例中约为3倍。所以，经过增敏后的光纤布拉格光栅波长受温度影响的变化量要远大于未经增敏时的波长变化量。
【主权项】
1.一种基于工字梁增敏结构的光纤光栅温度计，包括工字梁、增敏筋、普通单模光纤及其上刻写的布拉格光栅、光纤尾纤和封装外壳，其特征在于，所述的光纤布拉格光栅预拉伸固定在工字梁的两根纵梁之间，所述的工字梁的两根纵梁与横梁的两端铰接，所述的增敏筋的热膨胀系数要大于工字梁的纵梁的热膨胀系数，安装位置在横梁与光纤布拉格光栅之间，所述的工字梁单点固定在封装外壳中。2.根据权利要求1所述的基于工字梁增敏结构的光纤光栅温度计，其特征是:光纤尾纤通过金属扣件机械固定在封装外壳中，金属扣件与工字梁之间的一小段单模光纤处于松弛状态。3.根据权利要求1所述的基于工字梁增敏结构的光纤光栅温度计，其特征是:光纤布拉格光栅的长度应为15晕米或20晕米。4.根据权利要求1所述的基于工字梁增敏结构的光纤光栅温度计，其特征是:工字梁的固定点为处于横梁中间位置的双耳安装孔。5.根据权利要求1所述的基于工字梁增敏结构的光纤光栅温度计，其特征是:增敏筋和工字梁均拥有高的弹性模量。6.根据权利要求1所述的基于工字梁增敏结构的光纤光栅温度计，其特征是:封装外壳中填充满了导热油脂。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于工字梁增敏结构的光纤光栅温度计，包括：封装外壳、光纤尾纤、工字梁、增敏梁和轴向预拉伸固定在工字梁上的光纤布拉格光栅。所述的增敏梁和工字梁拥有较大的弹性模量，且增敏梁的热膨胀系数大于工字梁；所述的工字梁通过双耳安装孔点式固定在外壳上，其他部分不与外壳接触，其用于固定光栅的两根纵梁与横梁铰接；所述的增敏梁的安装位置靠近工字梁的横梁；所述的封装外壳中填充满导热油脂。当温度升高或者降低时，因增敏梁的热膨胀系数要大于横梁，因此光纤布拉格光栅的拉伸收缩程度会通过杠杆效应得到放大。本实用新型实现了一种高灵敏度且灵敏度可调、稳定性高、迟滞时间短的温度计。
【IPC分类】G01K11/32
【公开号】CN205246240
【申请号】CN201521089483
【发明人】罗文国, 李冬, 陶思聪
【申请人】厦门彼格科技有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年12月24日