专利名称：一种光纤光栅传感器及光纤光栅传感系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光纤光栅领域，特别涉及一种光纤光栅传感器及其系统。
背景技术：
随着光通信技术的发展，光通信中的一些技术逐渐为传感领域中的应用 提供了技术平和，光纤光栅就是其中之一。光纤光栅除了在光通信领域的巨 大应用外，在传感领域同样存在极大的应用前景，目前光纤光栅传感器已应 用于各种物理量的测量，如温度、应变、电压、电流、微振动等。
但现行方案都是单一测量结构，即利用一光纤光栅只能测量单一参量一 温度、压力、电流或电压，无法同时测量温度、压力、电流以及电压参数， 需要单独的温度、压力、电流、电压传感器进行测量，从而导致系统复杂， 体积较大的缺点。因此需要开发出一种能进行温度、压力、电流和电压同时 测量的传感系统。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是现有光纤光栅传感器只能测量单一参量的 不足，从而提供了一种可同时测量温度、压力、电流以及电压多物理参量的变 化的光纤光栅传感器及光纤光栅传感系统。
本实用新型的目的是这样实现的 一种光纤光栅传感器包括第一传感头和 第二传感头；所述第一传感头包括第一光纤，所述第一光纤具有第一布拉格光 栅、第二布拉格光栅；所述第一布拉格光栅由绝热材料封装；所述第二布拉格 光栅上设有压电陶瓷片，并由绝热材料封装；所述第二传感头包括第二光纤， 所述第二光纤具有第三布拉格光栅、第四布拉格光栅；所述第三布拉格光栅裸露在空气中；所述第四布拉格光栅上设有贴合电流电压转换器的压电陶瓷片，并由绝热材料封装。
本实用新型还提供一种光纤光栅传感系统，该系统包括宽带光源、光谱分析仪、耦合器和光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器包括第一传感头和第二传感头；所述第一传感头包括第一光纤，所述第一光纤具有第一布拉格光栅、第二布拉格光栅；所述第一布拉格光栅由绝热材料封装；所述第二布拉格光栅上设有压电陶瓷片，并由绝热材料封装；所述第二传感头包括第二光纤，所述第二光纤具有第三布拉格光栅、第四布拉格光栅；所述第三布拉格光栅裸露在空气中；所述第四布拉格光栅上设有贴合电流电压转换器的压电陶瓷片，并由绝热材料封装。
与现有技术相比，本实用新型的光纤光栅传感器，采用多种不同的封装结构布拉格光栅裸露在空气中和由绝热材料将布拉格光栅封装，裸露空气中的光栅由于温度和压力作用产生应变，其栅格周期发生变化，从而这部分光纤光栅的反射波长发生变化；而由绝热材料封装的布拉格光栅由于只受到压力的作用，其格栅也发生变化，但这部分光栅变化的反射波长与直接裸露的不同，通过光谱分析仪检测两个反射峰的不同便可测量出温度和压力的变化。同理，在布拉格光栅上设置压电陶瓷片，并由绝热材料封装及在布拉格光栅上设置贴合电流电压转换器的压电陶瓷片，并由绝热材料封装，通过光谱分析仪检测两个反射峰的不同便可测量出电压和电流的变化。因此本实用新型中采用多种不同的封装结构可同时测量温度、压力、电流以及电压多物理参量的变化。
图1是本实用新型提供的光纤光栅传感器的结构示意图。图2是本实用新型提供的光纤光栅传感器的第一传感头的结构示意图。图3是本实用新型提供的光纤光栅传感器的第二传感头的结构示意图。图4是本实用新型提供的光纤光栅传感系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。
参见图1。本实用新型的光纤光栅传感器如图1所示，所述光纤光栅传感
器4包括第一传感头41和第二传感头42。
如图2所示，所述第一传感头41包括第一光纤411，所述第一光纤411具有第一布拉格光栅4111、第二布拉格光栅4112;所述第一布拉格光栅4111由绝热材料43封装；所述第二布拉格光栅4112上设有压电陶瓷片412，并由绝热材料43封装。
如图3所示，所述第二传感头42包括第二光纤421，所述第二光纤421具有第三布拉格光栅4211、第四布拉格光栅；4212所述第三布拉格光栅4211裸露在空气中；所述第四布拉格光栅4212上设有贴合电流电压转换器(图中未示出)的压电陶瓷片422，并由绝热材料43封装。
所述第一布拉格光栅4111、第二布拉格光栅4U2、第三布拉格光栅42U、
第四布拉格光栅4212的长度比为1: 1: 1: 1。上述长度比的设置可以保证光
纤光栅测试的一致性，确保测试数据的准确性。
所述第一布拉格光栅4111、第二布拉格光栅4112、第三布拉格光栅4211、第四布拉格光栅4212的长度范围为8-12mm，优选10mm。
所述第一布拉格光栅4111与第二布拉格光栅4112通过光纤相间隔，间隔距离为l-3mm;第三布拉格光栅4211与第四布拉格光栅4212通过光纤相间隔，间隔距离为1-3mm;上述间隔距离优选为2mm。
参见图4。本实用新型的光纤光栅传感系统如图4所示，该系统包括宽带光源1、光谱分析仪2、耦合器3和光纤光栅传感器4，所述光纤光栅传感器4包括第一传感头41和第二传感头42。
所述耦合器3为具有四端口的3db光纤耦合器，其中端口 3-1与宽带光源1相连接，端口 3-2与光谱分析仪2相连接，端口 3-3与第一传感头41
6相连接，端口 3-4与第二传感头42相连接。
所述第一传感头41包括第一光纤411，所述第一光纤411具有第一布拉格光栅4111、第二布拉格光栅4112;所述第一布拉格光栅4111由绝热材料43封装；所述第二布拉格光栅4112上设有压电陶瓷片412，并由绝热材料43封装；所述第一光纤411与端口 3-3相连接。
所述第二传感头42包括第二光纤421，所述第二光纤421具有第三布拉格光栅421K第四布拉格光栅；4212所述第三布拉格光栅4211裸露在空气中；所述第四布拉格光栅4212上设有贴合电流电压转换器的压电陶瓷片422，并由绝热材料43封装；所述第二光纤421与端口 3-4相连接。
对于光纤光栅而言，不同的中心波长对温度和压力具有不同的应变系数。本实用新型中，所述第一传感头41包括第一布拉格光栅4111、第二布拉格光栅4112，其中第一布拉格光栅4111由绝热材料封装，第二布拉格光栅4112由光纤光栅和压电陶瓷片贴合后，并用绝热材料封装；与压电陶瓷片贴合的光纤光栅部分存在形变，因此栅格周期发生变化，导致第二布拉格光栅4112的中心波长也就是反射波长发生变化，而被绝热材料封装的第一布拉格光栅4111的反射波长则不发生变化。因此，第一传感头41将产生两个不同的反射峰，第一布拉格光栅4111对压力有良好的线性响应，第二布拉格光栅4112对电压、压力具有良好的线性响应；所述第二传感头42包括有布拉格光栅的光纤421、绝热材料43、压电陶瓷片422、电流电压转换器，其中第三布拉格光栅4211直接裸露在空气中；第四布拉格光栅4212与贴合有电流电压转换器的压电陶瓷片423贴合后由绝热材料43封装，第三布拉格光栅4211对温度和压力具有良好的线性响应，第四布拉格光栅4212对压力和具有良好的线性响应。
故，所述第一布拉格光栅4111对应于压力参量、第二布拉格光栅4112对应于压力和电压两个参量、第三布拉格光栅4211对应于温度和压力两个参量、第四布拉格光栅4212对应于压力和电流两个参量。
实施中宽带光源1经3db光纤耦合器3分别进入第 传感头41和第二传感头42，布拉格光栅反射后经3db光纤耦合器3进入光谱分析仪2。当被测环境或者被测物体的温度、压力、电流或者电压的一个参数或者几个参数变化，
第一布拉格光栅4111的反射峰反应的是被测环境或者被测物体的压力变化，第三布拉格光栅4211的反射峰反应的是被测环境或者被测物体的压力和温度的变化，且第一布拉格光栅4111和第三布拉格光栅4211对应的压力变化系数是相同的；第二布拉格光栅4112的反射峰反应的是被测环境或者被测物体的压力和电压的变化，第四布拉格光栅4212的反射峰反应的是被测环境或者被测物体的压力和电流的变化，由于第二布拉格光栅4112和第四布拉格光栅4212的贴合物不同，因此对应的压力变化系数也是不同的。这样，通过第一布拉格光栅4111可以得到被测环境或者被测物体的压力的变化量，然后通过第三布拉格光栅4211可以得到被测环境或者被测物体的温度的变化量，再通过第二布拉格光栅4112和第四布拉格光栅4212就分别可以得到被测环境或者被测物体的电压和电流的变化量。
本实用新型的光纤光栅传感器，采用多种不同的封装结构，如将布拉格光栅裸露在空气中和由绝热材料将布拉格光栅封装，裸露空气中的光栅由于温度和压力作用产生应变，其栅格周期发生变化，导致这部分光纤光栅的反射波长发生变化；而由绝热材料封装的布拉格光栅由于只受到压力的作用，其格栅也发生变化，但这部分光栅变化的反射波长与直接裸露的不同，通过光谱分析仪检测两个反射峰的不同便可测量出温度和压力的变化。同理，在布拉格光栅上设置压电陶瓷片，并由绝热材料封装及在布拉格光栅上设置贴合电流电压转换器的压电陶瓷片，并由绝热材料封装，通过光谱分析仪检测两个反射峰的不同便可测量出电压和电流的变化。因此本实用新型中采用多种不同的封装结构可同时测量温度、压力、电流以及电压多物理参量的变化。且本实用新型的光纤光栅传感器体积小、结构简单，可适应多种测试环境及条件。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而己，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种光纤光栅传感器，其特征在于所述光纤光栅传感器包括第一传感头和第二传感头；所述第一传感头包括第一光纤，所述第一光纤具有第一布拉格光栅、第二布拉格光栅；所述第一布拉格光栅由绝热材料封装；所述第二布拉格光栅上设有压电陶瓷片，并由绝热材料封装；所述第二传感头包括第二光纤，所述第二光纤具有第三布拉格光栅、第四布拉格光栅；所述第三布拉格光栅裸露在空气中；所述第四布拉格光栅上设有贴合电流电压转换器的压电陶瓷片，并由绝热材料封装。
2、 根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于所述第一布拉 格光栅、第二布拉格光栅、第三布拉格光栅、第四布拉格光栅的长度比为1: h 1: 1。
3、 根据权利要求2所述的光纤光栅传感器，其特征在于所述第一布拉 格光栅、第二布拉格光栅、第三布拉格光栅、第四布拉格光栅的长度范围为 8-12mm。
4、 根据权利要求3所述的光纤光栅传感器，其特征在于所述第一布拉 格光栅与第二布拉格光栅相间隔，间隔距离为1-3mm;第三布拉格光栅与第四 布拉格光栅相间隔，间隔距离为l-3mm。
5、 一种光纤光栅传感系统，该系统包括宽带光源、光谱分析仪、耦合器 和光纤光栅传感器，其特征在于所述光纤光栅传感器包括第一传感头和第二传感头；所述第一传感头包括第一光纤，所述第一光纤具有第一布拉格光栅、第二 布拉格光栅；所述第一布拉格光栅由绝热材料封装；所述第二布拉格光栅上设有压电陶瓷片，并由绝热材料封装；所述第二传感头包括第二光纤，所述第二光纤具有第三布拉格光栅、第四 布拉格光栅；所述第三布拉格光栅裸露在空气中；所述第四布拉格光栅上设有 贴合电流电压转换器的压电陶瓷片，并由绝热材料封装。
6、 根据权利要求5所述的光纤光栅传感系统，其特征在于所述第一布 拉格光栅、第二布拉格光栅、第三布拉格光栅、第四布拉格光栅的长度比为1: 1: 1: 1。
7、 根据权利要求6所述的光纤光栅传感系统，其特征在于所述第一布 拉格光栅、第二布拉格光栅、第三布拉格光栅、第四布拉格光栅的长度范围为8-12腿。
8、 根据权利要求7所述的光纤光栅传感器，其特征在于所述第一布拉 格光栅与第二布拉格光栅相间隔，间隔距离为l-3mm;第三布拉格光栅与第四 布拉格光栅相间隔，间隔距离为l-3mm。
专利摘要本实用新型属于光纤光栅领域，公开了一种光纤光栅传感器及其系统。本实用新型的光纤光栅传感器包括第一传感头和第二传感头；所述第一传感头包括第一光纤，所述第一光纤具有第一布拉格光栅、第二布拉格光栅；所述第一布拉格光栅由绝热材料封装；所述第二布拉格光栅上设有压电陶瓷片，并由绝热材料封装；所述第二传感头包括第二光纤，所述第二光纤具有第三布拉格光栅、第四布拉格光栅；所述第三布拉格光栅裸露在空气中；所述第四布拉格光栅上设有贴合电流电压转换器的压电陶瓷片，并由绝热材料封装。本实用新型中采用四种不同的封装结构可同时测量温度、压力、电流以及电压多物理参量的变化。
文档编号G01D5/26GK201364167SQ20092012951
公开日2009年12月16日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者高春轩 申请人:比亚迪股份有限公司