一种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器，其包括封装基片、中空的金属保护体及光纤，金属保护体连接于封装基片的一个表面上，金属保护体的内腔构成一个光纤容纳腔，光纤完全位于光纤容纳腔内，光纤上刻有用于测量应变的第一布拉格光栅和用于对第一布拉格光栅做温度补偿的第二布拉格光栅，光纤在预张拉后第一布拉格光栅两端的部分光纤分别与金属保护体的内壁连接；优点是这种应变传感器的体积小、质量轻，且通过第二布拉格光栅的温度自补偿，有效地提高测量的准确性。
【专利说明】一种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种传感器，尤其是涉及一种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器。
【背景技术】
[0002]以光纤光栅为传感器兀件的光纤传感器与常规的传感器相比,在抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀、体积小等方面具有明显的优势，在建筑、石油、军事应用领域显得尤为突出。
[0003]裸光纤光栅在测量温度和应变方面具有较高的灵敏度和准确度，但是裸光纤比较脆弱，在恶劣工作环境中非常容易被破坏，为了提高传感器的耐久性、可靠性及准确性，要求选择恰当合理的封装形式来消除应变传递过程中的影响因素并保护敏感元件。尤其在对航空、航天等的应变和应力分布状况测量，研制易安装、体积小、质量轻、测量可靠准确的光纤光栅应变传感器具有重要的意义。然而，目前常见的光纤光栅应变传感器通常体积较大，且精度较低。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器，其体积小、质量轻，且能够实现温度自补偿，从而能够有效地提高测量准确性。
[0005]本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器，其特征在于包括封装基片、中空的金属保护体及光纤，所述的金属保护体连接于所述的封装基片的一个表面上，所述的金属保护体的内腔构成一个光纤容纳腔，所述的光纤完全位于所述的光纤容纳腔内，所述的光纤上刻有用于测量应变的第一布拉格光栅和用于测量温度的第二布拉格光栅，所述的光纤在预张拉后所述的第一布拉格光栅两端的部分光纤分别与所述的金属保护体的内壁连接。
[0006]所述的封装基片为钛合金薄片；在具体设计时也可采用其它密度较低、弹性模量较小、耐腐蚀、耐高温的金属材料制成封装基片。
[0007]所述的封装基片的厚度为0.1mm?0.3mm ;在此将封装基片的厚度设计为
0.1mm?0.3mm,能够保证封装基片具有良好的形变能力，以及具有防腐蚀等性能。
[0008]所述的封装基片的厚度为0.2mm。
[0009]所述的封装基片上设置有多个安装通孔；在此通过在封装基片上预设多个安装通孔，可供使用者在安装该应变传感器时选择焊接或者胶粘等安装形式。
[0010]所述的金属保护体的底部开口，且所述的金属保护体的底部两侧边与所述的封装基片的一个表面连接；在具体设计时，封装基片与金属保护体可一体加工成型。
[0011]所述的金属保护体为半圆形金属钢管。
[0012]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:
[0013]I)本实用新型的应变传感器通过在封装基片上连接一个金属保护体，且将刻有用于感知温度和应变的第一布拉格光栅和仅用于感知温度的第二布拉格光栅的光纤置放于金属保护体的光纤容纳腔内，再将第一布拉格光栅两端的部分光纤与金属保护体的内壁连接，这种应变传感器的体积小、质量轻，且通过第二布拉格光栅能够实现温度自补偿，从而能够有效地提高测量准确性。
[0014]2)本实用新型的应变传感器选用一条刻有两个布拉格光栅的光纤作为传感兀件，第一布拉格光栅可以感知温度和应变，第二布拉格光栅仅可感知温度，且对第一布拉格光栅的温度进行补偿，解决了第一布拉格光栅的温度交叉敏感问题。
[0015]3)本实用新型的应变传感器中的第一布拉格光栅经过预张拉技术对其进行应变预制，预制的水平可根据实际监测的要求进行调整，应变预制后将第一布拉格光栅两端的部分光纤与金属保护体的内壁进行粘接，预张拉技术使该应变传感器可以测量压应变，也可提高第一布拉格光栅测量的灵敏度、线性度以及重复性效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的基片式光纤布拉格光栅应变传感器的俯视图；
[0017]图2a为图1的A向剖视图(光纤不在内)；
[0018]图2b为图2a中C部分的放大示意图；
[0019]图3a为图1的B向剖视图(光纤不在内)；
[0020]图3b为图3a中D部分的放大示意图；
[0021]图4为本实用新型的基片式光纤布拉格光栅应变传感器中的刻有两个布拉格光栅的光纤的示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
[0023]本实用新型提出的一种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器，如图所示，其包括封装基片1、中空的金属保护体2及光纤3，金属保护体2的底部开口，且金属保护体2的底部两侧边与封装基片I的一个表面连接，在具体设计时封装基片I与金属保护体2可一体加工成型，金属保护体2的内腔构成一个光纤容纳腔4，光纤3完全位于光纤容纳腔4内，光纤3上刻有用于感知温度和应变的第一布拉格光栅31和仅用于感知温度的第二布拉格光栅32,光纤3在预张拉后第一布拉格光栅31两端的部分光纤33分别与金属保护体2的内壁连接。
[0024]在本实施例中，封装基片I为钛合金薄片，在具体设计时也可采用其它密度较低、弹性模量较小、耐腐蚀、耐高温的金属材料制成封装基片；封装基片I的厚度为0.1mm?
0.3mm,在此将封装基片I的厚度设计为0.1mm?0.3mm,能够保证封装基片I具有良好的形变能力，以及具有防腐蚀等性能，在具体实施时可将封装基片I的厚度设计为0.2_。
[0025]在本实施例中，可在封装基片I上设置多个安装通孔11，这样可供使用者在安装该应变传感器时选择焊接或者胶粘等安装形式。
[0026]在本实施例中，金属保护体2为半圆形金属钢管，作为光纤3的保护套管。
[0027]在此，可将第一布拉格光栅31与第二布拉格光栅32之间的间距设置为10mm，以达到小型化的紧凑效果。
[0028]在此，利用环氧树脂胶将第一布拉格光栅31两端的部分光纤33与金属保护体2的内壁连接，使第一布拉格光栅31悬置于光纤容纳腔4内，消除了环氧树脂胶对第一布拉格光栅31测量的影响。
[0029]该应变传感器的封装过程为:首先将封装基片I固定在预张拉装置上，然后将一条刻有第一布拉格光栅31和第二布拉格光栅32的光纤置于金属保护体2的光纤容纳腔4内，接着利用预张拉装置对光纤3进行预张拉，观察光纤解调仪，当使得第一布拉格光栅31的中心波长升高1.5nm左右停止预拉张；在张拉完成后，预张拉装置需继续保持恒定的拉力不能松懈，此时可利用环氧树脂胶将第一布拉格光栅31两端的部分光纤33粘接于金属保护体2的内壁上；待环氧树脂胶固化24小时后，释放光纤3两端的张力，得到封装的应变传感器。
[0030]在封装过程中，预制应变值可以根据监测的要求作调整。用于温度补偿的第二布拉格光栅32只对温度敏感,用来测量温度,第二布拉格光栅32的一端与第一布拉格光栅31的一端相连，第二布拉格光栅32的另一端自由不受力置于光纤容纳腔4内，在已知第一布拉格光栅31的温度灵敏系数的前提下，通过对温度的单独测量从而实现对应变传感器的温度补偿。
[0031]该应变传感器可以测量压应变，但是最大压应变应低于预张拉预制应变，如果超过预制应变，则布拉格光栅将松弛，应变传感器将对拉、压应变不再敏感。
【权利要求】
1.一种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器，其特征在于包括封装基片、中空的金属保护体及光纤，所述的金属保护体连接于所述的封装基片的一个表面上，所述的金属保护体的内腔构成一个光纤容纳腔，所述的光纤完全位于所述的光纤容纳腔内，所述的光纤上刻有用于测量应变的第一布拉格光栅和用于测量温度的第二布拉格光栅，所述的光纤在预张拉后所述的第一布拉格光栅两端的部分光纤分别与所述的金属保护体的内壁连接。
2.根据权利要求1一种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器，其特征在于所述的封装基片为钛合金薄片。
3.根据权利要求1或2—种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器,其特征在于所述的封装基片的厚度为0.1mm?0.3mm。
4.根据权利要求3—种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器,其特征在于所述的封装基片的厚度为0.2mm。
5.根据权利要求4一种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器,其特征在于所述的封装基片上设置有多个安装通孔。
6.根据权利要求5—种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器,其特征在于所述的金属保护体的底部开口，且所述的金属保护体的底部两侧边与所述的封装基片的一个表面连接。
7.根据权利要求6—种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器,其特征在于所述的金属保护体为半圆形金属钢管。
【文档编号】G01B11/16GK203758464SQ201420088259
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】李宏伟, 李玲, 锁刘佳, 陈涛, 刘慈军 申请人:宁波杉工仪器设备有限公司