專利名稱：一種互卡式光纖光柵溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感器，尤其是雙金屬光纖光柵溫度增敏傳感器。
背景技術(shù)：
光纖光柵具有許多其它傳感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)全光測量，在監(jiān)測現(xiàn)場無電氣設(shè) 備，不受電磁及核輻射干擾；以反射光的中心波長表征被測量，不受光源功率波動(dòng)、光纖微 彎效應(yīng)及耦合損耗等因素的影響；絕對(duì)量測量，系統(tǒng)安裝及長期使用過程中無需定標(biāo)；使 用壽命長等等。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，S卩外界入射光子和纖芯相互作用而引起后者 折射率的永久性變化，用紫外激光直接寫入法在單模光纖的纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵， 其實(shí)質(zhì)是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的濾光器或反射鏡。光纖光柵屬于反射型工作器件，當(dāng)光 源發(fā)出的連續(xù)寬帶光通過傳輸光纖射入時(shí)，它與光柵發(fā)生耦合作用，光柵對(duì)該寬帶光有選 擇地反射回相應(yīng)的一個(gè)窄帶光，并沿原傳輸光纖返回；其余寬帶光則直接透射過去。反射回 的窄帶光的中心波長值(也叫Bragg波長)為λ β = 2neff Λ上式中，neff為FBG的有效反射系數(shù)，Λ為FBG的相鄰兩個(gè)柵隔之間的幾何距離。 當(dāng)溫度變化時(shí)，引起返回波長變化量相對(duì)溫度變化量的靈敏度為Δ λΒ/ΔΤ = [(I-Pe) ε+ζ ] λΒ (1)其中，Pe為FBG的有效彈光常數(shù)；ε為單位溫度變化下FBG的應(yīng)變量；ζ為FBG的
光系數(shù)。FBG固有的溫度分辨率很低，約0. I0C /pm。這在很多應(yīng)用領(lǐng)域都無法滿足要求。 因此，很多研究人員就提高其溫度靈敏度做了很多工作。FBG溫度傳感器增敏的原理是利 用FBG對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)敏感的特性，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把FBG和高熱膨脹系數(shù)材料封 裝在一起。當(dāng)被測溫度變化時(shí)，通過高熱膨脹系數(shù)材料的形變向FBG施加一個(gè)應(yīng)變量，使得 FBG的返回波長變化量加大。最初，研究人員通過將FBG直接粘貼在大膨脹系數(shù)材料上進(jìn) 行溫度增敏。這種方法取得的增敏效果有限，受到材料的熱膨脹系數(shù)制約。1999年3月， Jeahooh Hung等人在Applied Optics期刊上，提出了通過雙金屬實(shí)現(xiàn)溫度增敏，效果明顯。 雙金屬溫度增敏原理；溫度變化時(shí)，把兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬長度變化量的差轉(zhuǎn)化成 光柵長度的變化量，使得光纖光柵的返回中心波長的變化量增加，從而提高光纖光柵的溫 度靈敏度。由于該類型傳感器的敏感部件光纖光柵在測量過程中始終受到拉伸，而拉伸時(shí)特 別容易出現(xiàn)滑移的情況，這就導(dǎo)致了該類型傳感器的波長容易向波長減小的方向漂移。

發(fā)明內(nèi)容
為解決該問題，我們提出通過互卡式結(jié)構(gòu)，采用兩個(gè)光纖光柵，使傳感器同時(shí)具備 正、負(fù)溫度系數(shù)。從而，當(dāng)溫度變化時(shí)，總是一個(gè)光纖光柵被拉緊，另一個(gè)光纖光柵不被拉緊。不被拉緊光纖光柵不會(huì)出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。從而，可以通過總是選取不被拉緊的光纖光柵 的觀測值，使該傳感器的觀測結(jié)果更準(zhǔn)確。該方法是一種解決高靈敏度光纖光柵溫度傳感 器零點(diǎn)漂移的新方法，可能會(huì)在溫度測量領(lǐng)域有不錯(cuò)的應(yīng)用前景。一種互卡式光纖光柵溫度傳感器，其中包括兩個(gè)光纖光柵，兩支由不同熱膨脹系 數(shù)的金屬制成的桿，其特征在于所述兩支桿固定在一起，所述兩支桿分別各有一個(gè)端點(diǎn)在 它們疊合的部分之外。兩個(gè)光纖光柵分別固定在如附圖1所示的兩個(gè)缺口的位置。
四

附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為雙金屬中的金屬A，2為雙金屬中的金屬B，3為金屬A與金屬B之間的缺 口，4為固定螺釘，5為螺帽條孔。
五、具體實(shí)施方案下面結(jié)合舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述首先制作如附圖所示的兩個(gè)桿，金屬A采用硬鋁，金屬B采用invar。然后，通過螺 釘螺母將它們組合在一起。然后將兩個(gè)光纖光柵分別固定在兩個(gè)缺口位置。這樣，該傳感 器就制作完成了。為了更好的符合工程需求，可以參考專利200810105788. 7對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)。具 體來說，可以將桿1和桿2的凸起部分分別用同種材料的桿代替，并相應(yīng)制作條孔。
權(quán)利要求
一種互卡式光纖光柵溫度傳感器，其中包括兩個(gè)光纖光柵，兩支由不同熱膨脹系數(shù)的金屬制成的桿，其特征在于所述兩支桿固定在一起，所述兩支桿分別各有一個(gè)端點(diǎn)在它們疊合的部分之外。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種互卡式光纖光柵溫度傳感器。該傳感器通過互卡式結(jié)構(gòu)，采用兩個(gè)光纖光柵，使傳感器同時(shí)具備正、負(fù)溫度系數(shù)。從而，當(dāng)溫度變化時(shí)，總是一個(gè)光纖光柵被拉緊，另一個(gè)光纖光柵不被拉緊。不被拉緊光纖光柵不會(huì)出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。從而，可以通過總是選取不被拉緊的光纖光柵的觀測值，使該傳感器的觀測結(jié)果更準(zhǔn)確。該方法是一種解決高靈敏度光纖光柵溫度傳感器零點(diǎn)漂移的新方法，可能會(huì)在溫度測量領(lǐng)域有不錯(cuò)的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01K11/32GK101893492SQ20101013952
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者劉愛春, 周振安, 李闊 申請(qǐng)人:中國地震局地殼應(yīng)力研究所