Ⅱ型-IR型保偏FBG高温环境下温度和应变同时测量传感器的制作方法

本发明涉及光纤测量技术领域，具体的涉及ⅱ型-ir型保偏fbg高温环境下温度和应变同时测量装置。

背景技术：

应变，是指材料在外力和非均匀温度场等因素作用下，产生变形的程度。高温应变测量，是指对工作温度高于500℃的被测对象进行的应变测量，如对工作状态下的飞机发动机、核动力发动机、超临界发电机进行的应变测量。

技术实现要素：

本发明提供一种ⅱ型-ir型保偏fbg高温环境下温度和应变同时测量传感器。

本发明的技术方案：一种ⅱ型-ir型保偏fbg高温环境下温度和应变同时测量传感器，包括保偏光纤，ⅱ型光纤光栅和al2o3基底，其中，所述传感器的制作方法包括以下具体步骤：

1)在所述保偏光纤上红外刻写ⅱ型光纤光栅；

2)制备al2o3基底；

3)将所述ⅱ型光纤光栅置于al2o3基底，并施加一定预紧力；

4)将陶瓷胶涂覆于栅区位置，并覆盖后，进行固化。

优选的，所述陶瓷胶固化步骤具体包括：陶瓷胶常温固化10小时后，93.3℃固化3小时，121.1℃固化3小时。

优选的，所述在保偏光纤上红外刻写ⅱ型光纤光栅时，透射深度大于10db。

优选的，所述al2o3基底的具体结构为：al2o3基底为立方体结构，其中立方体上表面设置凹槽，其中，所述凹槽的深度在0.3mm～0.5mm范围内，凹槽宽度在0.2mm～0.5mm范围内。

优选的，传感器实现温度和应变同时解调，根据矩阵(1)：

其中，δλ^s和δλ^f分别为ⅱ型光纤光栅的慢轴和快轴的布拉格波长改变量，慢轴和快轴的温度灵敏度分别为和慢轴和快轴的应变灵敏度系数分别为和轴向应变为δε、温度改变量为δt。

本发明的有益效果：本发明一种ⅱ型-ir型保偏fbg高温环境下温度和应变同时测量传感器，采用的光纤及陶瓷胶均可在高温环境中工作，可实现在1000℃高温下的温度和应变测量。封装后的传感器可耐受超高温度，可达1000℃；可以实现温度和应变同时测量；以及多传感监测点复用。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出本发明高温环境下温度和应变同时测量传感器的结构示意图；

图2示意性示出本发明传感器的输出光谱图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

本发明采用飞秒激光相位掩模板刻写技术，在保偏光纤上刻写ⅱ型光纤光栅，并进行合理封装，用于对超高温环境下的温度和应变测量。该方法中采用的光纤及陶瓷胶均可在高温环境中工作，可实现在1000℃高温下的温度和应变测量。所述装置的优势在于：封装后的传感器可耐受超高温度，可达1000℃；可以实现温度和应变同时测量；以及多传感监测点复用。

图1所示为本发明高温环境下温度和应变同时测量传感器的结构示意图，如图1所示，传感器包括保偏光纤101，ⅱ型光纤光栅102，和al2o3基底103，其中，所述传感器的制作方法包括以下具体步骤：

1)在保偏光纤101上刻写ⅱ型光纤光栅102，透射深度大于10db；

2)制备al2o3基底103；

3)将ⅱ型光纤光栅102置于al2o3基底103，并施加一定预紧力；

4)将陶瓷胶涂覆于栅区位置，并覆盖后，进行固化。

其中，陶瓷胶固化步骤具体包括：陶瓷胶常温固化10小时后，93.3℃固化3小时，121.1℃固化3小时。

所述步骤2)中的al2o3基底103的具体结构为：所述al2o3基底103为立方体结构，其中立方体上表面设置凹槽，其中，所述凹槽的深度在0.3mm～0.5mm范围内，凹槽宽度在0.2mm～0.5mm范围内。

其中所述步骤1)中，采用红外ir刻写对保偏光纤101进行刻写。

图2所示为本发明传感器的输出光谱图，在保偏光纤上刻写ⅱ型光纤光栅时，快轴和慢轴布拉格波长改变，可以用来区分应变和温度变化。

假设受到的轴向应变为δε、温度改变量为δt，可以根据下面的矩阵(1)来实现温度和应变同时解调：

δλ^s和δλ^f分别为慢轴和快轴的布拉格波长改变量，慢轴和快轴的温度灵敏度分别为和慢轴和快轴的应变灵敏度系数分别为和

通过逆矩阵公式(2)运算，可以由布拉格波长的改变量，得到应变量δε和温度改变量δt，

其中是矩阵的行列式。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。