表面式溫度自補償光纖應變傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及傳感器，尤其設及一種表面式溫度自補償光纖應變傳感器。
【背景技術】
[0002] 在航空航天、石油化工等大型工程結(jié)構中，通常需要在線監(jiān)測其表面應變，W保證 其長期安全運行，而光纖傳感器與常規(guī)傳感器相比，在抗電磁干擾、耐高溫、耐腐蝕、體積小 等方面具有明顯的優(yōu)勢，因此光纖應變傳感器近年來得到了飛速的發(fā)展，但是光纖應變傳 感器在實際應用中仍存在著一些問題：1、在結(jié)構健康監(jiān)測過程中，會存在溫度應變交叉敏 感的情況，故需額外安裝溫度補償傳感器，使得檢測系統(tǒng)復雜化;2、光纖應變傳感器由于傳 感原件自身機械強度低的特性，使得應變測量范圍較窄，無法應用于表面形變較大的結(jié)構 監(jiān)測中；3、現(xiàn)有的光纖應變傳感器測量精度不高。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 本實用新型的發(fā)明目的，在于提供一種體積小、能實現(xiàn)溫度自補償、應變測量范圍 大、測量精度高的光纖應變傳感器。
[0004] 為達上述目的，本實用新型所采用的技術方案是：
[0005] 提供一種表面式溫度自補償光纖應變傳感器，包括第一單模光纖、第二單模光纖、 毛細石英管和金屬基片，兩個單模光纖在毛細石英管內(nèi)端面相對，形成光纖法巧腔體結(jié)構， 其中第一單模光纖置于毛細石英管內(nèi)呈軸向自由狀態(tài)設置，該第一單模光纖上刻有布拉格 光纖光柵;第二單模光纖與毛細石英管固定連接;所述光纖法巧腔體結(jié)構整體封裝于金屬 基片上。
[0006] 本實用新型所述的表面式溫度自補償光纖應變傳感器中，所述金屬基片的兩端開 有半圓形細槽，所述光纖法巧腔體結(jié)構通過該半圓形細槽固定在所述金屬基片上。
[0007] 本實用新型所述的表面式溫度自補償光纖應變傳感器中，所述半圓形細槽半徑為 0.7-0.9mm，整體厚度為 1-1.5mm。
[000引本實用新型所述的表面式溫度自補償光纖應變傳感器中，所述毛細石英管與所述 半圓形細槽粘接固定，所述第二單模光纖與所述半圓形細槽粘接固定。
[0009] 本實用新型所述的表面式溫度自補償光纖應變傳感器中，所述第二單模光纖與所 述毛細石英管通過點焊方式固定，焊點距離所述毛細石英管的一個端頭2-4mm。
[0010] 本實用新型產(chǎn)生的有益效果是:本實用新型的光纖應變傳感器結(jié)構簡單，制作方 便，體積小，安裝方便;其中光纖法巧腔體結(jié)構作為應變測量元件，布拉格光纖光柵作為溫 度補償元件，實現(xiàn)了傳感器的溫度自補償功能，提高測量精度;其中光纖法巧腔體結(jié)構采用 一端光纖固定，一端光纖軸向自由的結(jié)構，提高了傳感器的應變測量范圍。
[0011] 進一步地，配合法巧腔體單端固定的結(jié)構，將毛細石英管及一端單模光纖分別固 定于金屬基片的兩端細槽內(nèi)，進一步保證了傳感器在大應變環(huán)境下的適用性;其中點焊及 特殊膠黏劑的使用，降低了由于膠體蠕變引起的測量誤差，提高測量結(jié)果的準確性。
【附圖說明】
[0012] 下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中：
[0013] 圖1為本實用新型實施例表面式溫度自補償光纖應變傳感器結(jié)構示意圖；
[0014] 圖2為本實用新型實施例的金屬基片結(jié)構示意圖；
[0015] 圖3為本實用新型實施例的光纖法巧腔體結(jié)構示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用W解釋 本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0017] 本實用新型表面式溫度自補償光纖應變傳感器，如圖1所示，包括單模光纖1、單模 光纖4、毛細石英管3、金屬基片5,其中布拉格光纖光柵2刻寫于單模光纖1上。
[0018] 單模光纖1、4由毛細石英管3兩端插入，兩平行端面相對，構成干設法巧腔體結(jié)構。 布拉格光纖光柵2位于距單模光纖1端頭5mm處左右，可視為與法巧腔體結(jié)構處于同一溫度 場，故布拉格光纖光柵2可W作為光纖法巧腔的溫度補償傳感器，消除環(huán)境溫度對于應變測 量結(jié)果的影響，實現(xiàn)溫度自補償，提高測量精度。
[0019] 本實用新型所形成的光纖法巧腔體結(jié)構的一端為自由結(jié)構，其中一段單模光纖4 與毛細石英管3固定為一體，另一段單模光纖1則與毛細石英管3處于軸向自由狀態(tài)，可沿毛 細石英管巧由向自由滑動，當傳感器進行應變測量時，毛細石英管3與光纖均不產(chǎn)生任何應 力/應變，因此可視為溫度補償光柵。解決了由于石英材料質(zhì)地較脆，不能進行大應變測量 的問題，使傳感器適用于應變較大的結(jié)構健康監(jiān)測系統(tǒng)中。
[0020] 本實用新型所形成的光纖法巧腔體結(jié)構的另一端為固定結(jié)構，如圖3所示，其中一 段單模光纖4與毛細石英管3固定方式為光纖烙接機高壓放電點焊，焊點8距離毛細石英管3 的一個端頭2-4mm，保證了傳感器的長期穩(wěn)定性，且避免了采用膠黏劑粘接的方式帶來的膠 體蠕變的影響，使得測量的結(jié)果更加精確。
[0021] 為了配合光纖法巧腔體結(jié)構進行封裝，如圖2所示，金屬基片5兩端沿中軸線開有 半圓形細槽6、7,半圓形細槽的半徑為0.7-0.9mm，整體厚度為1-1.5mm，本實施例中半圓形 細槽的半徑約為0.8mm。
[0022] 光纖法巧腔體結(jié)構進行封裝時，毛細石英管3采用膠黏劑粘接于其中一端的半圓 形細槽7上，帶有布拉格光纖光柵2的單模光纖1則粘接于另一端半圓形細槽6上，使得光纖 法巧腔體仍為一端固定，一端軸向自由的結(jié)構，進一步保證了傳感器在大應變環(huán)境下的適 用性。
[0023] 光纖法巧腔體與金屬基片5進行封裝時，所采用的膠黏劑為紫外固化膠，按一定 的比例在膠體中滲雜石英粉，使得膠體的熱膨脹系數(shù)降低，接近于石英材料，減小了由于膠 體的蠕變而造成的測量誤差，使測量的結(jié)果更加精確。
[0024] 用滲有石英粉的紫外固化膠將半圓形細槽填滿，待膠體固化后，調(diào)整單模光纖1至 合適的位置，將單模光纖1固定在細槽6內(nèi)，當金屬基片5產(chǎn)生應變時，兩段單模光纖端面之 間的間距，即法巧腔的腔長會發(fā)生變化，通過法巧腔的腔長變化來測量應變值。
[0025]本實用新型所述光纖法巧傳感器中，主要通過光纖法巧腔來測量應變，通過布拉 格光纖光柵2來測量溫度：
[002引其中，λι、λ2分別為法巧腔干設光譜相鄰兩波峰的波長值，d為法巧腔腔長值，應變ε 則通過腔長變化量A d和法巧腔安裝標距D之比得到。由法巧腔測量得到的應變中，包括由 溫度變化量A T引起的熱應變ετ，因此，需通過布拉格光纖光柵2來進行溫度補償。
[0029]
[0030] 其中α為金屬基片材料的熱膨脹系數(shù)，從ε中減去熱應變ετ則完成了傳感器的溫度 補償。
[0031] 綜上，本實用新型的光纖應變傳感器結(jié)構簡單，制作方便，體積小，安裝方便;其中 光纖法巧腔體結(jié)構作為應變測量元件，布拉格光纖光柵2作為溫度補償元件，實現(xiàn)了傳感器 的溫度自補償功能，提高測量精度;其中光纖法巧腔體結(jié)構采用一端光纖固定，一端光纖軸 向自由的結(jié)構，提高了傳感器的應變測量范圍;配合法巧腔體單端固定的結(jié)構，將毛細石英 管及一端單模光纖分別固定于金屬基片的兩端細槽內(nèi)，進一步保證了傳感器在大應變環(huán)境 下的適用性;其中點焊及特殊膠黏劑的使用，降低了由于膠體蠕變引起的測量誤差，提高測 量結(jié)果的準確性。
[0032] 應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可W根據(jù)上述說明加 W改進或變換， 而所有運些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。
【主權項】
1. 一種表面式溫度自補償光纖應變傳感器，其特征在于，包括第一單模光纖、第二單模 光纖、毛細石英管和金屬基片，兩個單模光纖在毛細石英管內(nèi)端面相對，形成光纖法珀腔體 結(jié)構，其中第一單模光纖置于毛細石英管內(nèi)呈軸向自由狀態(tài)設置，該第一單模光纖上刻有 布拉格光纖光柵;第二單模光纖與毛細石英管固定連接;所述光纖法珀腔體結(jié)構整體封裝 于金屬基片上。2. 根據(jù)權利要求1所述的表面式溫度自補償光纖應變傳感器，其特征在于，所述金屬基 片的兩端開有半圓形細槽，所述光纖法珀腔體結(jié)構通過該半圓形細槽固定在所述金屬基片 上。3. 根據(jù)權利要求2所述的表面式溫度自補償光纖應變傳感器，其特征在于，所述半圓形 細槽半徑為〇. 7-0.9mm，整體厚度為1-1.5mm。4. 根據(jù)權利要求2所述的表面式溫度自補償光纖應變傳感器，其特征在于，所述毛細石 英管與所述半圓形細槽粘接固定，所述第二單模光纖與所述半圓形細槽粘接固定。5. 根據(jù)權利要求1所述的表面式溫度自補償光纖應變傳感器，其特征在于，所述第二單 模光纖與所述毛細石英管通過點焊方式固定，焊點距離所述毛細石英管的一個端頭2-4_。
【專利摘要】本實用新型公開了一種表面式溫度自補償光纖應變傳感器，包括第一單模光纖、第二單模光纖、毛細石英管和金屬基片，兩個單模光纖在毛細石英管內(nèi)端面相對，形成光纖法珀腔體結(jié)構，其中第一單模光纖置于毛細石英管內(nèi)呈軸向自由狀態(tài)設置，該第一單模光纖上刻有布拉格光纖光柵；第二單模光纖與毛細石英管固定連接；所述光纖法珀腔體結(jié)構整體封裝于金屬基片上。本實用新型的光纖應變傳感器結(jié)構簡單，制作方便，體積小，安裝方便；實現(xiàn)了傳感器的溫度自補償功能，且提高了傳感器的應變測量范圍。
【IPC分類】G01B11/16
【公開號】CN205300521
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】熊麗, 董雷, 閆奇眾, 何光輝
【申請人】武漢理工光科股份有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年12月7日