专利名称：低迟滞特性的光纤光栅温度传感器的制作方法
低迟滞特性的光纤光栅温度传感器技术领域：
本发明涉及一种温度传感器，尤其涉及一种差动结构增敏的光纤光栅温度传感器。背景技术：
光纤光栅利用光纤材料的光敏性在光纤纤芯通过紫外光曝光的方法形成空间相位光栅制作而成，具有抗干扰能力强、尺寸小巧、可靠性高以及使用寿命长等优点，其传感原理是通过外界参量对光纤光栅中心波长的调制以获取信息。根据光栅理论，宽带连续光通过光纤光栅时，与光纤光栅中心波长相匹配的光波将发生反射，其余光波则直接透射过去。 光纤光栅中心波长与纤芯有效折射率和光栅调制周期的关系表述为
^ = 2%Λ
i V
式中，jig为光纤光栅中心波长，为纤芯有效折射率，I为光纤光栅调制周期。纤芯有效折射率和光纤光栅调制周期的变化均会改变光纤光栅的中心波长，根据光纤材料的热光效应，纤芯有效折射率和光栅调制周期均随温度变化而变化。光纤光栅中心波长与温度变化关系为
Iir"! j\ I CI ■丨 / W
= (.......... · 士..... + — —. —- -)Δ7 = (a + ξ}Μ
λ Λ αΤ /L,V d T
式中，^■为裸光纤光栅热膨胀系数， 为裸光纤光栅热光系数。由上式得知，温度变化对光纤光栅中心波长的影响是由热膨胀效应及热光效应产生的，通过检测光纤光栅入射波长与反射波长的变化即可实现波长一温度解调。裸光纤光栅灵敏度较低，约为10pm/°C，难以满足实际测温条件的要求。通常把光纤光栅预拉伸后封装在具有更高热膨胀系数的基底材料中以达到增敏目的。通过合理的结构增敏封装，光纤光栅温度传感器的测温灵敏度能够得到显著提高。增敏后的波长温度关系为
aE
式中，f为光纤的有效弹光系数，表示封装材料的热膨胀系数。光纤光栅温度传感器的增敏及封装方法决定传感器内部应力、应变分布，对于传感器灵敏度、迟滞特性以及重复性存在很大影响，如何控制封装工艺是传感器制作的关键。目前，光纤光栅的增敏方法以金属材料或聚合物为基底材料，主要采用单一结构或者双金属结构进行封装，虽然能够提高光纤光栅传感器的测温灵敏度，但普遍存在迟滞较大的特点，因此难以满足高精度测温场合的需求。因此，提供一种灵敏度高、迟滞效应小、测温精度高的光纤光栅温度传感器尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灵敏度高、迟滞效应小的光纤光栅温度传感器。为实现本发明目的，提供以下技术方案
本发明提供一种低迟滞特性的光纤光栅温度传感器，其包括上基底、位于上基底下方的下基底、第一光纤光栅、第二光纤光栅，该下基底为L形,该上基底设有穿孔，L形的下基 底的短边嵌入穿孔，该第一光纤光栅和第二光纤光栅的一端固定在下基底的上端面，该第一光纤光栅和第二光纤光栅的另一端分别固定在上基底上端面，该上基底的热膨胀系数比 下基底的热膨胀系数小，该第一光纤光栅和第二光纤光栅通过光纤串联，两者的中心波长 和预拉伸长度相同。本发明将两个具有完全相同的中心波长、制作工艺以及预拉伸长度的光纤光栅串联后，固定在由热胀系数不同的两种材料构成的基底上。假设被测对象温度升高，第一光纤光栅被拉伸，其反射波长为
权利要求
1.一种低迟滞特性的光纤光栅温度传感器，其特征在于，其包括上基底、位于上基底下方的下基底、第一光纤光栅、第二光纤光栅，该下基底为L形,该上基底设有穿孔，L形的下基底的短边嵌入穿孔，该第一光纤光栅和第二光纤光栅的一端固定在下基底的上端面，该第一光纤光栅和第二光纤光栅的另一端分别固定在上基底上端面，该上基底的热膨胀系数比下基底的热膨胀系数小，该第一光纤光栅和第二光纤光栅通过光纤串联，两者的中心波长和预拉伸长度相同。
2.如权利要求I所述的低迟滞特性的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述的下基底上端面和上基底的上端面平齐。
3.如权利要求I所述的低迟滞特性的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述的上基底采用热膨胀系数小的钛钢基底。
4.如权利要求I所述的低迟滞特性的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述的下基底采用热膨胀系数大的铝合金基底。
5.如权利要求I所述的低迟滞特性的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述的上基底下方设有与下基底形状相配合的凹槽，该L形的下基底的长边置于凹槽内。
6.如权利要求5所述的低迟滞特性的光纤光栅温度传感器，其特征在干，所述的上基底为长方体。
7.如权利要求I所述的低迟滞特性的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述的上基底与下基底的一侧端面对齐。
8.如权利要求I所述的低迟滞特性的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述的上基底与下基底端面对齐的ー侧用螺丝固定。
9.如权利要求I所述的低迟滞特性的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述的第一光纤光栅和第二光纤光栅位于上基底的纵向中心轴线上。
10.如权利要求I所述的低迟滞特性的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述的第一光纤光栅和第二光纤光栅的反射波长差值为Aス=スrA 2=2K ATo
全文摘要
本发明提供一种低迟滞特性的光纤光栅温度传感器，其包括上基底、位于上基底下方的下基底、第一光纤光栅、第二光纤光栅，该下基底为L形，该上基底设有穿孔，L形的下基底的短边嵌入穿孔，该第一光纤光栅和第二光纤光栅的一端固定在下基底的上端面，该第一光纤光栅和第二光纤光栅的另一端分别固定在上基底上端面，该上基底的热膨胀系数比下基底的热膨胀系数小，该第一光纤光栅和第二光纤光栅通过光纤串联，两者的中心波长和预拉伸长度相同。本发明所提供的降低光纤光栅温度传感器迟滞的方案，实现简单，可两倍提高现有单一材料增敏的光纤光栅温度传感器的灵敏度，同时大幅消减迟滞，满足对测温精度要求较高的应用场合的需求。
文档编号G01K11/32GK102798484SQ201210287860
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者金向朝, 李玲, 谢志杨, 林峻, 舒乃秋, 吴晓文, 梁家盛, 区伟潮, 詹清华, 麦洪, 李洪涛, 李红玲, 关向雨 申请人:广东电网公司佛山供电局, 武汉大学