专利名称：一种互卡式光纤光栅温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤传感器，尤其是双金属光纤光栅温度增敏传感器。
背景技术：
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；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λ β = 2neff Λ上式中，neff为FBG的有效反射系数，Λ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Δ λΒ/ΔΤ = [(I-Pe) ε+ζ ] λΒ (1)其中，Pe为FBG的有效弹光常数；ε为单位温度变化下FBG的应变量；ζ为FBG的
光系数。FBG固有的温度分辨率很低，约0. I0C /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，从而提高光纤光栅的温 度灵敏度。由于该类型传感器的敏感部件光纤光栅在测量过程中始终受到拉伸，而拉伸时特 别容易出现滑移的情况，这就导致了该类型传感器的波长容易向波长减小的方向漂移。
发明内容
为解决该问题，我们提出通过互卡式结构，采用两个光纤光栅，使传感器同时具备 正、负温度系数。从而，当温度变化时，总是一个光纤光栅被拉紧，另一个光纤光栅不被拉紧。不被拉紧光纤光栅不会出现滑移现象。从而，可以通过总是选取不被拉紧的光纤光栅 的观测值，使该传感器的观测结果更准确。该方法是一种解决高灵敏度光纤光栅温度传感 器零点漂移的新方法，可能会在温度测量领域有不错的应用前景。一种互卡式光纤光栅温度传感器，其中包括两个光纤光栅，两支由不同热膨胀系 数的金属制成的杆，其特征在于所述两支杆固定在一起，所述两支杆分别各有一个端点在 它们叠合的部分之外。两个光纤光栅分别固定在如附图1所示的两个缺口的位置。
四
附图1是本发明的结构示意图。其中，1为双金属中的金属A，2为双金属中的金属B，3为金属A与金属B之间的缺 口，4为固定螺钉，5为螺帽条孔。
五、具体实施方案下面结合举例对本发明做更详细的描述首先制作如附图所示的两个杆，金属A采用硬铝，金属B采用invar。然后，通过螺 钉螺母将它们组合在一起。然后将两个光纤光栅分别固定在两个缺口位置。这样，该传感 器就制作完成了。为了更好的符合工程需求，可以参考专利200810105788. 7对该产品进行改进。具 体来说，可以将杆1和杆2的凸起部分分别用同种材料的杆代替，并相应制作条孔。
权利要求
一种互卡式光纤光栅温度传感器，其中包括两个光纤光栅，两支由不同热膨胀系数的金属制成的杆，其特征在于所述两支杆固定在一起，所述两支杆分别各有一个端点在它们叠合的部分之外。
全文摘要
本发明提供的是一种互卡式光纤光栅温度传感器。该传感器通过互卡式结构，采用两个光纤光栅，使传感器同时具备正、负温度系数。从而，当温度变化时，总是一个光纤光栅被拉紧，另一个光纤光栅不被拉紧。不被拉紧光纤光栅不会出现滑移现象。从而，可以通过总是选取不被拉紧的光纤光栅的观测值，使该传感器的观测结果更准确。该方法是一种解决高灵敏度光纤光栅温度传感器零点漂移的新方法，可能会在温度测量领域有不错的应用前景。
文档编号G01K11/32GK101893492SQ20101013952
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月6日 优先权日2010年4月6日
发明者刘爱春, 周振安, 李阔 申请人:中国地震局地壳应力研究所