一种超微型光纤温度应变复合传感器及其制备方法与流程

本发明涉及光纤温度应变复合传感器，尤其涉及一种超微型光纤温度应变复合传感器及其制备方法。

背景技术：

1、温度和应变是科学研究，产品研制，工业制造中应用十分广泛的参量。在装备研制中，温度是进行热学分析的必要参量，应变则是反应结构特性变化的核心参数，两者的准确测量具有重要的意义。

2、现有温度/应变测试方法应用最广泛的是热电偶和电阻应变片，针对常规产品结构的温度/应变已十分成熟，然而对于狭小空间等特殊结构件的温度、应变复合测量需求，常规方法难以满足；此外，对于火工品部件的应用：热电偶和电阻应变片工作时需加电，存在安全隐患。

3、光纤光栅应变/温度测试技术的出现为解决上述方法带来了可能。该技术发展至今已具备一定成熟度，能够准确测量温度/应变，不少学者在温度/应变的复合测量方面开展了研究，提出了多种温度/应变及其复合测量方案，但大多采用基片式或管式封装，尺寸偏大，对于300μm(不含300μm)以下的狭小空间内的温度/应变复合测量鲜有提及。

4、上述技术方案存在以下缺点：

5、1.热电偶及电阻应变片尺寸较大，且使用电信号，对于带火工品部件存在安全隐患；

6、2.目前的光纤光栅应变/温度测量方案或产品的尺寸难以满足300μm(不含300μm)以下的狭小空间应用或工程实用性较差。

7、因此需要研发出一种超微型光纤温度应变复合传感器及其制备方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种超微型光纤温度应变复合传感器及其制备方法。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种超微型光纤温度应变复合传感器，包括：

4、带涂覆层的光纤；

5、应变敏感光栅；应变敏感光栅设置在带涂覆层的光纤上；

6、裸光纤；带涂覆层的光纤的第一端与裸光纤的第一端连接；

7、温度敏感光栅；温度敏感光栅设置在裸光纤上；

8、金属套管；金属套管的第一端和第二端均设置有开口，裸光纤从金属套管的第一端开口穿入后置于金属套管内，金属套管的第二端开口与裸光纤的第二端之间形成有空腔。

9、一种超微型光纤温度应变复合传感器的制备方法，包括步骤：

10、s1、取一条9/125μm标准单模光纤，在光纤端面处剥离长度约6mm的涂覆层，露出裸光纤，采用飞秒刻栅技术加工中心波长为λ1的5mm超短光栅作为温度敏感光栅；

11、s2、在距离温度敏感光栅10-20mm处同样采用飞秒刻栅技术加工中心波长为λ2的5mm光栅作为应变敏感光栅；

12、s3、选取金属加工制作超微型探针金属套管；

13、s4、将温度敏感光栅插入金属套管中，确保裸光纤完全被金属套管包覆；

14、s5、在金属套管与带涂覆层的光纤的接触端面涂粘接剂，涂的过程中确保胶水未倒流至温度光栅部位，最终使金属套管和光纤主体固定，形成一个整体；

15、s6、将制作好的传感器通过标准光纤接头连入光纤光栅解调仪，并对金属套管保护的温度光栅进行温度校准，并检验其线性和重复性。

16、本发明的有益效果在于：

17、1、具有尺寸微小的优势，金属套管长度为不超过7mm，最大直径不超过300μm，适用于狭小空间内的温度应变测量；

18、2、通过一根光纤即可实现温度和应变的复合测量，功能强大；

19、3、采用光信号进行检测，适用于带火工品的材料表面测量，安全可靠。

技术特征：

1.一种超微型光纤温度应变复合传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种超微型光纤温度应变复合传感器，其特征在于，带涂覆层的光纤的第一端端面与金属套管的第一端端面通过粘接剂密封连接。

3.根据权利要求1所述的一种超微型光纤温度应变复合传感器，其特征在于，带涂覆层的光纤和裸光纤均为9/125μm标准单模光纤，裸光纤长度为6mm，应变敏感光栅、温度敏感光栅的长度均为5mm，应变敏感光栅、温度敏感光栅之间的间距为10-20mm；金属套管的内径为150μm，外径为300μm，长度为7mm。

4.一种超微型光纤温度应变复合传感器的制备方法，其特征在于，包括步骤：

5.根据要求4所述的超微型光纤温度应变复合传感器的制备方法，其特征在于，金属套管采用钢或铜制成。

6.根据要求4所述的超微型光纤温度应变复合传感器的制备方法，其特征在于，粘接剂为环氧树脂胶。

7.根据要求4所述的超微型光纤温度应变复合传感器的制备方法，其特征在于，在步骤s6中，通过水浴法对金属套管保护的温度光栅进行温度校准。

技术总结
本发明公开了一种超微型光纤温度应变复合传感器及其制备方法，传感器包括带涂覆层的光纤、应变敏感光栅、温度敏感光栅、裸光纤、金属套管；带涂覆层的光纤的第一端与裸光纤的第一端连接；应变敏感光栅设置在带涂覆层的光纤上；温度敏感光栅设置在裸光纤上；金属套管的第一端和第二端均设置有开口，裸光纤从金属套管的第一端开口穿入后置于金属套管内，金属套管的第二端开口与裸光纤的第二端之间形成有空腔。本发明具有尺寸微小的优势，金属套管长度为不超过7mm，最大直径不超过300μm，适用于狭小空间内的温度应变测量；通过一根光纤即可实现温度和应变的复合测量；采用光信号进行检测，适用于带火工品的材料表面测量，安全可靠。

技术研发人员：周东,黄海莹,文勇,郑星,龚礼,卫剑峰
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院总体工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14