表面式温度自补偿光纤应变传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及传感器,尤其设及一种表面式溫度自补偿光纤应变传感器。
【背景技术】
[0002] 在航空航天、石油化工等大型工程结构中,通常需要在线监测其表面应变,W保证 其长期安全运行,而光纤传感器与常规传感器相比,在抗电磁干扰、耐高溫、耐腐蚀、体积小 等方面具有明显的优势,因此光纤应变传感器近年来得到了飞速的发展,但是光纤应变传 感器在实际应用中仍存在着一些问题:1、在结构健康监测过程中,会存在溫度应变交叉敏 感的情况,故需额外安装溫度补偿传感器,使得检测系统复杂化;2、光纤应变传感器由于传 感原件自身机械强度低的特性,使得应变测量范围较窄,无法应用于表面形变较大的结构 监测中;3、现有的光纤应变传感器测量精度不高。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的发明目的,在于提供一种体积小、能实现溫度自补偿、应变测量范围 大、测量精度高的光纤应变传感器。
[0004] 为达上述目的,本实用新型所采用的技术方案是:
[0005] 提供一种表面式溫度自补偿光纤应变传感器,包括第一单模光纤、第二单模光纤、 毛细石英管和金属基片,两个单模光纤在毛细石英管内端面相对,形成光纤法巧腔体结构, 其中第一单模光纤置于毛细石英管内呈轴向自由状态设置,该第一单模光纤上刻有布拉格 光纤光栅;第二单模光纤与毛细石英管固定连接;所述光纤法巧腔体结构整体封装于金属 基片上。
[0006] 本实用新型所述的表面式溫度自补偿光纤应变传感器中,所述金属基片的两端开 有半圆形细槽,所述光纤法巧腔体结构通过该半圆形细槽固定在所述金属基片上。
[0007] 本实用新型所述的表面式溫度自补偿光纤应变传感器中,所述半圆形细槽半径为 0.7-0.9mm,整体厚度为 1-1.5mm。
[000引本实用新型所述的表面式溫度自补偿光纤应变传感器中,所述毛细石英管与所述 半圆形细槽粘接固定,所述第二单模光纤与所述半圆形细槽粘接固定。
[0009] 本实用新型所述的表面式溫度自补偿光纤应变传感器中,所述第二单模光纤与所 述毛细石英管通过点焊方式固定,焊点距离所述毛细石英管的一个端头2-4mm。
[0010] 本实用新型产生的有益效果是:本实用新型的光纤应变传感器结构简单,制作方 便,体积小,安装方便;其中光纤法巧腔体结构作为应变测量元件,布拉格光纤光栅作为溫 度补偿元件,实现了传感器的溫度自补偿功能,提高测量精度;其中光纤法巧腔体结构采用 一端光纤固定,一端光纤轴向自由的结构,提高了传感器的应变测量范围。
[0011] 进一步地,配合法巧腔体单端固定的结构,将毛细石英管及一端单模光纤分别固 定于金属基片的两端细槽内,进一步保证了传感器在大应变环境下的适用性;其中点焊及 特殊胶黏剂的使用,降低了由于胶体蠕变引起的测量误差,提高测量结果的准确性。
【附图说明】
[0012] 下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明,附图中:
[0013] 图1为本实用新型实施例表面式溫度自补偿光纤应变传感器结构示意图;
[0014] 图2为本实用新型实施例的金属基片结构示意图;
[0015] 图3为本实用新型实施例的光纤法巧腔体结构示意图。
【具体实施方式】
[0016] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,W下结合附图及实施 例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用W解释 本实用新型,并不用于限定本实用新型。
[0017] 本实用新型表面式溫度自补偿光纤应变传感器,如图1所示,包括单模光纤1、单模 光纤4、毛细石英管3、金属基片5,其中布拉格光纤光栅2刻写于单模光纤1上。
[0018] 单模光纤1、4由毛细石英管3两端插入,两平行端面相对,构成干设法巧腔体结构。 布拉格光纤光栅2位于距单模光纤1端头5mm处左右,可视为与法巧腔体结构处于同一溫度 场,故布拉格光纤光栅2可W作为光纤法巧腔的溫度补偿传感器,消除环境溫度对于应变测 量结果的影响,实现溫度自补偿,提高测量精度。
[0019] 本实用新型所形成的光纤法巧腔体结构的一端为自由结构,其中一段单模光纤4 与毛细石英管3固定为一体,另一段单模光纤1则与毛细石英管3处于轴向自由状态,可沿毛 细石英管巧由向自由滑动,当传感器进行应变测量时,毛细石英管3与光纤均不产生任何应 力/应变,因此可视为溫度补偿光栅。解决了由于石英材料质地较脆,不能进行大应变测量 的问题,使传感器适用于应变较大的结构健康监测系统中。
[0020] 本实用新型所形成的光纤法巧腔体结构的另一端为固定结构,如图3所示,其中一 段单模光纤4与毛细石英管3固定方式为光纤烙接机高压放电点焊,焊点8距离毛细石英管3 的一个端头2-4mm,保证了传感器的长期稳定性,且避免了采用胶黏剂粘接的方式带来的胶 体蠕变的影响,使得测量的结果更加精确。
[0021] 为了配合光纤法巧腔体结构进行封装,如图2所示,金属基片5两端沿中轴线开有 半圆形细槽6、7,半圆形细槽的半径为0.7-0.9mm,整体厚度为1-1.5mm,本实施例中半圆形 细槽的半径约为0.8mm。
[0022] 光纤法巧腔体结构进行封装时,毛细石英管3采用胶黏剂粘接于其中一端的半圆 形细槽7上,带有布拉格光纤光栅2的单模光纤1则粘接于另一端半圆形细槽6上,使得光纤 法巧腔体仍为一端固定,一端轴向自由的结构,进一步保证了传感器在大应变环境下的适 用性。
[0023] 光纤法巧腔体与金属基片5进行封装时,所采用的胶黏剂为紫外固化胶,按一定 的比例在胶体中渗杂石英粉,使得胶体的热膨胀系数降低,接近于石英材料,减小了由于胶 体的蠕变而造成的测量误差,使测量的结果更加精确。
[0024] 用渗有石英粉的紫外固化胶将半圆形细槽填满,待胶体固化后,调整单模光纤1至 合适的位置,将单模光纤1固定在细槽6内,当金属基片5产生应变时,两段单模光纤端面之 间的间距,即法巧腔的腔长会发生变化,通过法巧腔的腔长变化来测量应变值。
[0025]本实用新型所述光纤法巧传感器中,主要通过光纤法巧腔来测量应变,通过布拉 格光纤光栅2来测量溫度:
[002引其中,λι、λ2分别为法巧腔干设光谱相邻两波峰的波长值,d为法巧腔腔长值,应变ε 则通过腔长变化量A d和法巧腔安装标距D之比得到。由法巧腔测量得到的应变中,包括由 溫度变化量A T引起的热应变ετ,因此,需通过布拉格光纤光栅2来进行溫度补偿。
[0029]
[0030] 其中α为金属基片材料的热膨胀系数,从ε中减去热应变ετ则完成了传感器的溫度 补偿。
[0031] 综上,本实用新型的光纤应变传感器结构简单,制作方便,体积小,安装方便;其中 光纤法巧腔体结构作为应变测量元件,布拉格光纤光栅2作为溫度补偿元件,实现了传感器 的溫度自补偿功能,提高测量精度;其中光纤法巧腔体结构采用一端光纤固定,一端光纤轴 向自由的结构,提高了传感器的应变测量范围;配合法巧腔体单端固定的结构,将毛细石英 管及一端单模光纤分别固定于金属基片的两端细槽内,进一步保证了传感器在大应变环境 下的适用性;其中点焊及特殊胶黏剂的使用,降低了由于胶体蠕变引起的测量误差,提高测 量结果的准确性。
[0032] 应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可W根据上述说明加 W改进或变换, 而所有运些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种表面式温度自补偿光纤应变传感器,其特征在于,包括第一单模光纤、第二单模 光纤、毛细石英管和金属基片,两个单模光纤在毛细石英管内端面相对,形成光纤法珀腔体 结构,其中第一单模光纤置于毛细石英管内呈轴向自由状态设置,该第一单模光纤上刻有 布拉格光纤光栅;第二单模光纤与毛细石英管固定连接;所述光纤法珀腔体结构整体封装 于金属基片上。2. 根据权利要求1所述的表面式温度自补偿光纤应变传感器,其特征在于,所述金属基 片的两端开有半圆形细槽,所述光纤法珀腔体结构通过该半圆形细槽固定在所述金属基片 上。3. 根据权利要求2所述的表面式温度自补偿光纤应变传感器,其特征在于,所述半圆形 细槽半径为〇. 7-0.9mm,整体厚度为1-1.5mm。4. 根据权利要求2所述的表面式温度自补偿光纤应变传感器,其特征在于,所述毛细石 英管与所述半圆形细槽粘接固定,所述第二单模光纤与所述半圆形细槽粘接固定。5. 根据权利要求1所述的表面式温度自补偿光纤应变传感器,其特征在于,所述第二单 模光纤与所述毛细石英管通过点焊方式固定,焊点距离所述毛细石英管的一个端头2-4_。
【专利摘要】本实用新型公开了一种表面式温度自补偿光纤应变传感器,包括第一单模光纤、第二单模光纤、毛细石英管和金属基片,两个单模光纤在毛细石英管内端面相对,形成光纤法珀腔体结构,其中第一单模光纤置于毛细石英管内呈轴向自由状态设置,该第一单模光纤上刻有布拉格光纤光栅;第二单模光纤与毛细石英管固定连接;所述光纤法珀腔体结构整体封装于金属基片上。本实用新型的光纤应变传感器结构简单,制作方便,体积小,安装方便;实现了传感器的温度自补偿功能,且提高了传感器的应变测量范围。
【IPC分类】G01B11/16
【公开号】CN205300521
【申请号】
【发明人】熊丽, 董雷, 闫奇众, 何光辉
【申请人】武汉理工光科股份有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月7日