压缩应变施加到传感基 板11的一部分上，在光纤弯曲处会出现一个减小的偏振串扰。在本实施方式中，传感基板 11内凹槽被刻成Z字型W形成Z字型路径，并且每一定的间距改变一次方向。薄层娃粘合 剂或其他类型的涂层可沿凹槽方向应用，W引导空光纤的方向。第一层硅胶被涂上之后，立 即将保偏光纤嵌入到凹槽中。随后，第二层胶水覆盖住光纤，胶带可用于进一步保证光纤与 传感器带间良好的粘合。需特别注意的是拐角处，在运里会出现内部串扰峰，并在局部应变 下发生明显变化，从而光纤不会由于拐角处的微扰而出来。当胶水固化时，除去之前的胶 带，并将另一层胶带覆盖住整个传感器表面起保护作用。当把保偏光纤110铺设到凹槽中， 保偏光纤110的慢轴或快轴与传感器带的表面法线成45度角，W提供最大测量灵敏度。同 样的当溫度发生变化时，偏振串扰峰之间的间距也会发生变化。
[0113] 同样的，在保偏光纤W面阵方式分布在传感基板上时，保偏光纤的路径也能够设 置成Z字型。请参考图16,该传感基板11中设置的保偏光纤110的路径呈Z字型，该保偏 光纤110的路径的改变方向处于传感基板11的水平面。本实施方式中，传感基板11上设 置了相应的Z字型凹槽，保偏光纤110随硅胶沿凹槽被引导。可使用胶带保护层覆盖嵌入 光纤。运样的传感基板11对局部应变变化灵敏，可用于检测或识别X、Y方向的局部应变场 变化W及溫度的变化。请继续参考图17,保偏光纤110在传感基板11两侧都有Z字型光纤 路径，两侧的相同位置上的保偏光纤110路径大致是垂直的。在图例中，传感基板11的两 侧刻上长=角形凹槽，且方向互相垂直。保偏光纤110在传感基板11 一侧沿凹槽由一端粘 连到另一端，再反过来粘到面板的另一侧。保偏光纤110嵌入到凹槽得到保护。例如，每个 大S角的宽度为8畑1，高度24畑1。由于两侧的S角槽走向互相垂直，运种2D传感器板对压 力或应变的变化敏感，并能识别施加压力的方向。当然，该保偏光纤的Z字型的分布，并不 局限于上述分布，本领域技术人员应当知晓，其还可W为其他形式的分布，总之保偏光纤设 置在传感基板上时，具有预设的偏振串扰即可。
[0114] 在此还披露了一种测量应力、应变和溫度的方法，请参考图18,该方法包括W下步 骤：
[0115]S110:禪合宽频带的线偏振光进入光学双折射介质，线偏振光沿所述光学双折射 介质的两个正交偏振模传输，光学双折射介质输出光学输出信号。在本实施方式中，光学双 折射介质可W直接设置在待测物体上或者设置在传感基板上。光学双折射介质还可W设 有预设的偏振串扰，光学双折射介质可W包括保偏光纤，或如饥酸锭、石英晶体等双折射晶 体，或者带有预应力的玻璃等等。当光学双折射介质设置在传感基板上时其可在传感基板 上一维空间或二维空间分布，通过传感基板给光学双折射介质施加预设的偏振串扰，然后 将该传感基板贴附在待测物体上，从而监测所述待测物体的应力和溫度。
[0116]S130 :光学双折射介质输出的光学输出信号进入光学延迟器，使两个正交偏振模 之间产生延迟。
[0117]S150:引导经过光学延迟器的光通过线性光学起偏器，线性光学起偏器将经过光 学延迟器的光的两正交偏振模相互混合。
[0118] S170:引导线性光学起偏器产生的线偏振光进入干设仪，从而获得两个正交偏振 模之间的干设，W产生偏振串扰峰。
[0119] S190:根据偏振串扰峰之间的间距W获得光学双折射介质的溫度，根据偏振串扰 峰的峰值获得光学双折射介质的应力值。
[0120] 在此需要说明的是，本发明所列出的传感基板，是为了方便在测量过程中，易于将 双折射介质和被测物体进行结合布局，在某些应用中，也可W采用将双折射介质（如保偏 光纤）直接贴附到被测物体上，来感受被测物体的应力、应变和溫度，而不通过传感基板。 阳121] 本发明通过传感基板预设偏振串扰点的作用之一，是能够通过双折射介质的弯 折，使得双折射介质的能够感受到传感基板轴向（即沿着传感基板平面方向）的应力变化； 作用之二是通过已知的预设串扰点位置，判断由于溫度变化引起的串扰峰间距的变化，从 而判断溫度的变化。在应用中，也可W不在传感基板上设置预设的偏振串扰点，而是利用被 测物体自身结构产生的串扰点一一例如建筑结构上的拐角、缝隙等，获得已知的串扰峰位 置，从而判断由于溫度变化引起的串扰峰间距的变化；也可W不利用已知的串扰点位置，而 是当被测物体发生应力或者应变的变化引入了串扰峰，此时当溫度随之发生变化（比如由 于溫度变化引起的被测物体变形引起的应力或者应变），通过运些串扰峰的间距变化，在判 断应力或者应变的同时，发现溫度的变化。
[0122] W上所述实施例的各技术特征可W进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实 施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要运些技术特征的组合不存 在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0123] W上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干变形和改进，运些都属于本发明的保护 范围。因此，本发明专利的保护范围应W所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种监测应力和温度的方法，其特征在于，包括以下步骤： 耦合宽频带的线偏振光进入光学双折射介质，所述线偏振光沿所述光学双折射介质的 两个正交偏振模传输，所述光学双折射介质输出光学输出信号； 引导所述光学输出信号通过线性光学起偏器，所述起偏器将所述光学输出信号的两正 交偏振模相互混合； 引导所述光学起偏器产生的线偏振光进入干涉仪，从而获得两个正交偏振模之间的干 涉，以产生偏振串扰峰； 根据偏振串扰峰之间的间距变化以获得所述光学双折射介质的温度变化，根据偏振串 扰峰的峰值获得所述光学双折射介质的应力和/或应变。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学双折射介质设有预设的偏振串 扰。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学双折射介质包括保偏光纤。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤： 所述光学双折射介质输出的光学输出信号进入光学延迟器，使两个正交偏振模之间产 生延迟。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学双折射介质贴附在待测物体上， 用以监测所述待测物体的应力、应变和温度。6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学双折射介质设置在传感基板上， 所述传感基板贴附在待测物体上，用以监测所述待测物体的应力、应变和温度。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述光学双折射介质在所述传感基板上 一维空间或二维空间分布，用以监测所述待测物体的应力、应变和温度的空间分布。8. 根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，通过所述传感基板给所述光学双折射 介质施加预设的偏振串扰。9. 一种传感装置，用以监测物体的温度变化、应变和/或应力，其特征在于，包括： 光学双折射介质，用来感知待测物体的温度变化、应力和/或应变； 光源，用以产生宽频带的线偏振光，所述线偏振光沿所述光学双折射介质的两个正交 偏振模传输，所述光学双折射介质输出光学输出信号； 线性光学起偏器，用以接收所述光学输出信号，并将所述光学输出信号的两正交偏振 模相互混合； 干涉仪，用以接收透过所述线性光学起偏器的光，并获得两个正交偏振模之间的干涉， 以产生偏振串扰峰； 处理器，根据偏振串扰峰之间的间距变化以获得所述光学双折射介质的温度变化，根 据偏振串扰峰的峰值获得所述光学双折射介质的应力和/或应变。10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述光学双折射介质包括保偏光纤。11. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括： 光学延迟器，用以接收所述光学双折射介质输出的光学输出信号，使两个正交偏振模 之间产生延迟，并传输给所述线性光学起偏器。12. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述传感装置还包括传感基板，用以与 待测物体连接，所述光学双折射介质以线阵列方式或面阵列方式设置在所述传感基板上。13. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述传感基板上设置有凸起或沟槽，并 且所述凸起或沟槽与所述光学双折射介质接触，使得所述光学双折射介质具有预设的偏振 串扰。14. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述传感基板上开设有多个通孔，所述 光学双折射介质穿过所述通孔，所述光学双折射介质分布在所述传感基板的两侧，使得所 述光学双折射介质具有预设的偏振串扰。15. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述传感基板上开设有多个通孔对，所 述光学双折射介质穿过所述通孔对，所述光学双折射介质分布在所述传感基板的一侧，使 得所述光学双折射介质具有预设的偏振串扰。16. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述传感基板上开设有Z字型通道，所 述光学双折射介质设置在所述Z字型通道内，使得所述光学双折射介质具有预设的偏振串 扰。17. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述光学双折射介质的偏振轴方向与 传感基板的法线方向成45°。
【专利摘要】本发明涉及一种传感装置及监测应力和温度的方法，该装置包括：传感基板、光学双折射介质、光源、线性光学起偏器、干涉仪、处理器，该装置和方法根据偏振串扰峰之间的间距变化以获得所述光学双折射介质的温度变化，根据偏振串扰峰的峰值获得所述光学双折射介质的应力和/或应变。这样可以利用同一个光学双折射介质来对待测物体进行应力、应变和温度的监测，并且应力、应变和温度变化之间不会相互影响。
【IPC分类】G01K11/32, G01D21/02, G01K1/00, G01B11/16
【公开号】CN105115436
【申请号】CN201510471900
【发明人】姚晓天
【申请人】苏州光环科技有限公司, 北京高光科技有限公司, 通用光讯光电技术（北京）有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月4日