表面式温度自补偿光纤应变传感器制造技术

本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及传感器，尤其涉及一种表面式温度自补偿光纤应变传感器。
技术介绍
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，以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、耐高温、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，会存在温度应变交叉敏感的情况，故需额外安装温度补偿传感器，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。
技术实现思路
本技术的专利技术目的，在于提供一种体积小、能实现温度自补偿、应变测量范围大、测量精度高的光纤应变传感器。为达上述目的，本技术所采用的技术方案是：提供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。本技术所述的表面式温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，所述光纤法珀腔体结构通过该半圆形细槽固定在所述金属基片上。本技术所述的表面式温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。本技术所述的表面式温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。本技术所述的表面式温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。本技术产生的有益效果是：本技术的光纤应变传感器结构简单，制作方便，体积小，安装方便；其中光纤法珀腔体结构作为应变测量元件，布拉格光纤光栅作为温度补偿元件，实现了传感器的温度自补偿功能，提高测量精度；其中光纤法珀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。进一步地，配合法珀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。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中：图1为本技术实施例表面式温度自补偿光纤应变传感器结构示意图；图2为本技术实施例的金属基片结构示意图；图3为本技术实施例的光纤法珀腔体结构示意图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术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以解释本技术，并不用于限定本技术。本技术表面式温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。单模光纤1、4由毛细石英管3两端插入，两平行端面相对，构成干涉法珀腔体结构。布拉格光纤光栅2位于距单模光纤1端头5mm处左右，可视为与法珀腔体结构处于同一温度场，故布拉格光纤光栅2可以作为光纤法珀腔的温度补偿传感器，消除环境温度对于应变测量结果的影响，实现温度自补偿，提高测量精度。本技术所形成的光纤法珀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3轴向自由滑动，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，因此可视为温度补偿光栅。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。本技术所形成的光纤法珀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固定方式为光纤熔接机高压放电点焊，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。为了配合光纤法珀腔体结构进行封装，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。光纤法珀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，使得光纤法珀腔体仍为一端固定，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。光纤法珀腔体与金属基片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掺杂石英粉，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。用掺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，即法珀腔的腔长会发生变化，通过法珀腔的腔长变化来测量应变值。本技术所述光纤法珀传感器中，主要通过光纤法珀腔来测量应变，通过布拉格光纤光栅2来测量温度：d=λ1λ22(λ2-λ1)]]>ϵ=ΔdD]]>其中，λ1、λ2分别为法珀腔干涉光谱相邻两波峰的波长值，d为法珀腔腔长值，应变ε则通过腔长变化量Δd和法珀腔安装标距D之比得到。由法珀腔测量得到的应变中，包括由温度变化量ΔT引起的热应变εT，因此，需通过布拉格光纤光栅2来进行温度补偿。ϵT=α·D·ΔTD=α·ΔT]]>其中α为金属基片材料的热膨胀系数，从ε中减去热应变εT则完成了传感器的温度补偿。综上，本技术的光纤应变传感器结构简单，制作方便，体积小，安装方便；其中光纤法珀腔体结构作为应变测量元件，布拉格光纤光栅2作为温度补偿元件，实现了传感器的温度自补偿功能，提高测量精度；其中光纤法珀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；配合法珀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。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊丽，董雷，闫奇众，何光辉，
申请(专利权)人：武汉理工光科股份有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42