專利名稱：一種壓力與溫度同時區(qū)分測量的光纖光柵傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，是一種能夠?qū)τ蜌夤艿篮陀蜌饩袎毫蜏囟冗M(jìn)行同時區(qū)分、實時在線、永久動態(tài)檢測的光纖光柵智能化傳感器。
背景技術(shù)：
近年來光纖光柵作為一種新型傳感器件引起了人們廣泛重視。這種傳感器除具有一般光纖傳感器不受電磁波干擾、靈敏度高、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低，適宜于在高溫高壓、腐蝕性或危險性環(huán)境使用的優(yōu)點之外，還具有本征自相干能力強和在一根光纖上利用波分復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)多點復(fù)用、多參量分布式區(qū)分測量的獨特優(yōu)勢，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。壓力與溫度同時區(qū)分測量傳感器在工業(yè)檢測領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。結(jié)合光纖光柵本征優(yōu)點特性，研制結(jié)構(gòu)簡單、新穎實用的光纖光柵壓力與溫度同時區(qū)分傳感器具有重要的現(xiàn)實意義。
目前在設(shè)計光纖光柵壓力與溫度同時區(qū)分測量傳感器時是用不同中心反射波長的雙Bragg光柵結(jié)構(gòu)，結(jié)合聚合物特殊封裝技術(shù)，使兩個光柵對壓力與溫度分別不同敏感，依據(jù)Bragg反射波長與壓力、溫度對應(yīng)關(guān)系，通過測量Bragg反射波長漂移量實現(xiàn)待測壓力與溫度的測量。由于溫度與壓力同時引起光纖光柵的Bragg波長移動而造成交叉敏感，如何有效克服交叉敏感效應(yīng)并實現(xiàn)壓力與溫度的同時區(qū)分測量是光纖光柵傳感技術(shù)真正走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵。針對這一問題，國內(nèi)外已報道了很多解決方案，包括雙周期FBG法，LPG/FBG融合法，不同聚合物封裝法，不同包層直徑法，光纖光柵F-P腔法，懸臂梁法，在摻鍺和硼鍺共摻光纖上寫入光柵區(qū)分法。但這些方案有一個共同的缺點，即需要采用兩個或兩個以上的光柵組合來克服交叉敏感問題，難以保證測量位置的準(zhǔn)確性，從而影響了測量精度，增加了成本的同時制作工藝也較為復(fù)雜。與此同時，部分方案需要多個解調(diào)光源，這給光纖光柵傳感器的實際應(yīng)用帶來不便，有的則失去了光纖光柵傳感器所特有的波長編碼特性。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種壓力與溫度同時區(qū)分測量的光纖光柵傳感器，這種新穎的光纖Bragg光柵壓力溫度傳感器，通過單一光纖光柵實現(xiàn)壓力與溫度同時區(qū)分測量，提高探測靈敏度，簡化結(jié)構(gòu)，使用安全可靠，克服目前光纖光柵壓力與溫度同時區(qū)分測量精度低的問題，本實用新型是這樣實現(xiàn)的本實用新型是這樣實現(xiàn)的包括懸臂梁3、光纖2、光纖Bragg光柵1、粘接劑5，其特征在于懸臂梁3上開有孔4，光纖Bragg光柵1直接寫在光纖2上，光纖2、光纖Bragg光柵1通過粘接劑5粘貼在懸臂梁3上。
本實用新型還采用如下技術(shù)方案光纖Bragg光柵1中心粘貼于懸臂梁3應(yīng)力集中的位置。
懸臂梁3選用熱膨脹系數(shù)較大的金屬材料。
通過改變光纖Bragg光柵1粘貼處懸臂梁弧頂厚度和壓力作用點與光纖Bragg光柵1距離，可適時調(diào)整壓力測量范圍及其精度。
本實用新型的技術(shù)原理是基于光纖Bragg光柵反射波線性展寬技術(shù)，利用其非均勻應(yīng)變帶動光柵使Bragg反射波波長漂移的同時帶寬展寬，而溫度僅引起反射波波長漂移、帶寬不展寬，實現(xiàn)單光柵溫度與壓力雙參量同時區(qū)分測量。
本實用新型的優(yōu)點在于本光纖光柵傳感器可通過一個光纖Bragg光柵同時區(qū)分測量壓力與溫度的變化，實現(xiàn)單光柵雙參數(shù)多點測量；另外，通過改變光柵粘貼處懸臂梁弧頂厚度和壓力作用點與光柵距離，可適時調(diào)整壓力測量范圍及其精度；與此同時，利用熱膨脹系數(shù)較高的金屬材料基底帶動，光柵溫度響應(yīng)系數(shù)得到有效提高，增加了區(qū)分測量的精確性。此系統(tǒng)只需單一光源，并且保留了光纖光柵傳感器的波長編碼特性的優(yōu)點，波型穩(wěn)定，精度高，耐高溫高壓，安全可靠，線性度與重復(fù)性好。易于實現(xiàn)溫度壓力分布式區(qū)分測量，具有很好的實際應(yīng)用價值。


圖1一種雙孔懸臂梁光纖光柵傳感器結(jié)構(gòu)圖；圖2一種懸臂梁光纖光柵傳感器結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括鋁質(zhì)懸臂梁3，硅基質(zhì)摻鍺單模光纖2，光纖Bragg光柵1。懸臂梁3上開有雙孔4，雙孔4之間長方形貫通，懸臂梁長50mm，寬10mm，高35mm，雙孔孔距40mm，雙孔半徑15mm。光纖Bragg光柵1直接寫在硅基質(zhì)摻鍺單模光纖2上，單模光纖2、光纖Bragg光柵1通過RTV硅橡膠粘接劑5粘貼在懸臂梁3上。
光纖Bragg光柵1中心正對懸臂梁3固定臂6一端園孔的孔心，即光纖Bragg光柵1中心粘貼于懸臂梁3應(yīng)力集中的位置。
當(dāng)在懸臂梁3自由臂7加上垂向壓力時，粘貼光纖Bragg光柵1處的懸臂梁3發(fā)生非均勻應(yīng)變，同時帶動光纖Bragg光柵1同步發(fā)生非均勻應(yīng)變，使光纖Bragg光柵1反射波中心波長線形漂移的同時帶寬展寬。外界溫度發(fā)生變化時，僅引起光纖Bragg光柵1反射波中心波長線形漂移而帶寬不展寬，通過光纖光柵信號解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行檢測，得出壓力和溫度的變化，實現(xiàn)單光纖光柵溫度壓力雙參量的同時區(qū)分測量。
另外通過改變光柵粘貼處懸臂梁弧頂厚度和壓力作用點與光柵距離，可適時調(diào)整壓力測量范圍及其精度；本實用新型還可以這樣實施如圖2所示，本實用新型包括鋁質(zhì)懸臂梁3，硅基質(zhì)摻錋單模光纖2，光纖Bragg光柵1。懸臂梁3上開有孔4，靠近懸臂梁3固定臂6一端的孔4為園形，另一端為長方形，懸臂梁長50mm，寬10mm，高35mm，園孔半徑15mm，長方形孔長度20mm。光纖Bragg光柵1直接寫在硅基質(zhì)摻錋單模光纖2上，硅基質(zhì)摻錋單模光纖2、光纖Bragg光柵1通過RTV硅橡膠粘接劑5粘貼在懸臂梁3上。
光纖Bragg光柵1中心正對懸臂梁3固定臂6一端園孔的孔心，即光纖Bragg光柵1中心粘貼于懸臂梁3應(yīng)力集中的位置。
當(dāng)在懸臂梁3自由臂7加上垂向壓力時，粘貼光纖Bragg光柵1處的懸臂梁3發(fā)生非均勻應(yīng)變，同時帶動光纖Bragg光柵1同步發(fā)生非均勻應(yīng)變，使光纖Bragg光柵1反射波中心波長線形漂移的同時帶寬展寬。外界溫度發(fā)生變化時，僅引起光纖Bragg光柵1反射波中心波長線形漂移而帶寬不展寬，通過光纖光柵信號解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行檢測，得出壓力和溫度的變化，實現(xiàn)單光纖光柵溫度壓力雙參量的同時區(qū)分測量。
另外通過改變光柵粘貼處懸臂梁弧頂厚度和壓力作用點與光柵距離，可適時調(diào)整壓力測量范圍及其精度。
權(quán)利要求1.一種壓力與溫度同時區(qū)分測量的光纖光柵傳感器，包括懸臂梁(3)、光纖(2)、光纖Bragg光柵(1)、粘接劑(5)，其特征在于懸臂梁(3)上開有孔(4)，光纖(2)上設(shè)有光纖Bragg光柵(1)，光纖(2)、光纖Bragg光柵(1)通過粘接劑(5)粘貼在懸臂梁(3)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓力與溫度同時區(qū)分測量的光纖光柵傳感器，其特征在于光纖Bragg光柵(1)中心粘貼于懸臂梁(3)應(yīng)力集中的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓力與溫度同時區(qū)分測量的光纖光柵傳感器，其特征在于孔(4)或者是單孔，或者是雙孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓力與溫度同時區(qū)分測量的光纖光柵傳感器，其特征在于光纖Bragg光柵(1)粘貼處懸臂梁弧頂厚度和壓力作用點與光纖Bragg光柵1距離可變。
專利摘要一種壓力與溫度同時區(qū)分測量的光纖光柵傳感器，包括懸臂梁3、光纖2、光纖Bragg光柵1、粘接劑5，其特征在于懸臂梁3上開有孔4，光纖Bragg光柵1直接寫在光纖2上，光纖2、光纖Bragg光柵1通過粘接劑5粘貼在懸臂梁3上，在溫度20℃～100℃和壓力0～800gf(7.8N)的測量范圍內(nèi)，利用分辨率為0.05nm的光譜分析儀檢測反射波，溫度分辨率為1.8℃，壓力分辨率為0.5N，Bragg中心反射波長漂移量和帶寬展寬量隨溫度和壓力的變化呈良好的線性關(guān)系，線性度均高于99.6％。多次測量展寬波型穩(wěn)定，重復(fù)性好。
文檔編號E21B47/06GK2833523SQ20052012702
公開日2006年11月1日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者喬學(xué)光, 傅海威, 賈振安, 王宏亮, 趙大壯 申請人:西安石油大學(xué)