本发明专利技术提供了一种采用在线成型工艺制成的光纤光栅自补偿应变传感器，涉及温度传感器技术领域。补偿装置由件Ｂ和实心体串连式连接构成，实心体是采用在线成型工艺将光纤光栅整体埋入固定于其中制成的，件Ｂ和实心体的横截面积、热膨胀系数中至少有一项互不相同。本发明专利技术的积极效果是：当环境温度升高或降低时，通过应力变形作用，可实现对光栅波长温度漂移的自动补偿，可做到补偿精确，工作稳定性好，而且体积小巧，成本低廉、易于加工、工作稳定性好，使用方便、稳定、可靠、寿命长；其成型工艺简便，能保证补偿性能可靠，解决了已有技术中光栅胶粘工艺易蠕变、易老化、光栅结合不可靠、寿命短等问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及温度传自
背景魷光纤光栅是利用光纤材料的光敏性在纤芯内形成空间相位光栅，其作用实 质上是在纤芯内形成一个窄带的滤波或反射镜。光纤光栅具有波长编码、易于 实现波分复用、抗电磁干扰、传输损耗低、体积小、重量轻等优点，是目前极 具发展前景的光纤无源器件，在光纤传自lj试领域具有广阔的应用前景。光纤光栅xt，和应变同时敏感， 一般情况下很难区分温度和应，传感器波长的影响，严驟响其在光纤传感领域的应用。因此，需要对光栅进斤温 度补偿，剔除温度对光栅波长的影响。目前主要的温度补偿方法可分为以下两类1、 引入一个iX)(t鹏敏感的離补偿光栅，对传繊进行驢补偿。该方法实现原理简单，补偿效果也很理想，但该方法的主要问题在于 一个传感 头中必须iSA两个光纤光栅，而目前光栅写入成本还较高，这样会导致传SH 的价格大幅提升，不利于产品的市场化推广，同时，在进行传感器封装时也不 利于产品的小型化。2、 通皿当的结构设计，实现对光纤光栅的纟显度自补偿。该方法一个传 感头只需要一根光纤光栅，大幅降低了传感器的成本，同时还有利于传 封 装小型化。例如采用不同热膨胀系数材料进行封装的方法，是目前的研究热点。 但是目前的大部分温度自补偿方法均采用点式粘接的方法进行光栅与传感元 件之间的连接，容易造成光栅粘贴不牢的问题，从而导致传繊i顿寿命的大 大降低，甚至可能会导致传感器在服役期内提前失效。针对该问题，有研究人 员提出采用负膨胀材料封装法，该法将光纤光栅整体粘贴在负膨胀材料上，实 舰光纤光栅的驢自补偿。f鹏法的问题在于:并不能用于制作应变传麟， 目前主要应用于光通信领域；此外，该方案仅仅是改善了传感器的^!l^^抗 老化能力，提高了粘接可靠性，并没有完全消除由于胶粘工艺带来的一系列问 题。笔者也提出了一种采用金属材料封装的光栅应变传感器，在实现光栅的整 体粘贴的同时，还能实I，变测量。但 匕方案同样采用了对光栅的胶粘方式， 并不能完全避免胶粘法导致的一系列问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种采用在线成型工艺制成的光纤光栅自补偿应 变传感器，其特点是原理独特，当环衞驢升高或斷氐时，可通过应力变形 作用，实5舰光栅波长驢漂移的自动补偿，可做到补偿精确，工作稳定性好， 寸顿方便、可靠、寿命长，可从根本上解决已有技术中光栅胶粘工艺易蠕变、 易老化、光栅结合不可靠、寿命短等问题。本专利技术的主要技术方案是 一种采用在线成型工艺审喊的光纤光栅自补偿 应变传感器，其特征在于设有补偿装置，该补偿装置由件B和实心体串连式 连接构成，实心体是采用在线成型工艺将光纤光栅整体埋入固定于其中制成的，光纤光栅处于串连轴线上或其平行线上；件B和实心体的横截面积、热膨胀系数中至少有一项互不相同；当该补偿装置两端固定,且温度变化时，在线 弹性范围内，件B和实心体热应力相互作用导致实心体承受压应变或拉应变导致光栅波长向短波或长波方向移动，实5JW光栅波长M漂移的自动补偿。 件B和实心体为线弹性材料，工作范围在线弹性范围内。所述的光纤为单模光纤，或用多模光纤。所述的实心体为具有负温度系数的材料为佳；所述的实心体不局限于具有 负》鹏系数的材料，为正驢系数材料亦可，同样能实现驗补偿；件B为具 有正、鹏系数的金属材料为佳。也可以是非金属材料。所述的具有负鹏系数的材料为芳纶纤维增强树脂基复合材料为佳。或为 其他负皿系数的材料。所述的光纤光栅为光纤布拉格光栅为佳。所述的实心体是按下述制成的:先将光纤光栅整体埋入实心体的生产模具 中，再浇注芳纶纤维增强树脂基复合材料在线成型,实现实心体与光纤光栅的结 构一体化。所述的件B采用在线成型工艺将光纤埋入固定于其中制成的为佳。 所述的补偿管的两端固定在固定架体上为佳。戶脱的固定架体是可采用金属材料或复合材料，实心体的两端采用树脂胶 粘接固定于件B和固定架上，件B可为金属材料管，件B和外管之间或为焊接， 或为粘结连接等。所述的实心体和管可满足下列公式，以实现完全鹏补偿<formula>formula see original document page 5</formula>其中，《为所使用的光栅的纟鹏敏感系数，《2为光栅的应变敏感系数,实 心体和管的热膨胀系数分别为&2、 ^3;实心体和管的长度、横截面积、弹性模量分别为丄2、￡3、S2、S3、￡,、 ￡2。本专利技术的积极效果是:本专利技术解决了长期以来人们一直想解决而又一直未 能很好地解决的一大技术难题，与现有无源封装方式具有完全不同的原理，原 理独特，当环境温度升高或降低时，通过应力变形作用，可实5JW光栅波长温 度漂移的自动补偿，同对又能彻底解决己有技术中胶粘工艺导致的光栅与传感 器结合不可靠的问题，可做到补偿精确，工作稳定性好，且体积小巧、成本低 廉、易于加工、{顿方便、可靠、寿命长，性能可靠；成型工艺简便，能保证 补偿性能可靠，从根本上解决了己有技术中光栅胶粘工艺易蠕变、易老化、光 栅结合不可靠、寿命短等问题。以下结合实施例及附图作进一步详述，但不作为对本专利技术的限定。 附图说明图1是本专利技术实施例的结构示意图l中各标号含义为1.外管，2.实心体，3.件B， 4.光纤光栅，5. 焊接结构，6.光纤。 具体实 式参见图1 图3:该温度自补偿功能的光纤光栅应变传感器，设有补偿装 置，补偿装置由件B3和实心体2串连式连接构成，件B3为金属管；光纤为 多模光纤，光纤光栅4整体埋入固定于实心体2中，光纤从件B 3的内孔中通过。 金属外管1 、件B 3均为具有正温度系数的金属材料。实心体2为具有负皿 系数的材料，为芳纶纤维增强树脂基复合材料。光纤光栅4为光纤布拉格光栅。 所述的补偿管的两端固定在固定架体上。固定架体为金属外管l。所述的实心 体2的两端用双组分环氧树脂胶WI^粘结层固定于件B 3和金属外管1上件 B 3为金属材料管，件B 3和金属外管1之间为焊接结构6。所述的实心体2 和件B3满足下列公式<formula>formula see original document page 6</formula>其中，A为所f顿的光栅的驢敏感系数，&为光栅的应变敏感系数,实心体2和件B 3的热膨胀系数分别为"r2 、 "r3;实心体2和件B 3的长度、横 截面积、弹性模量分别为4、 Z3、 S2、 S3、 ￡,、 ￡2。用本封装结构制作的光纤光栅^补偿应变传感器^g补偿效果如图2所示。》鹏补偿前，光纤光栅的 驢敏感性为11.7，/°C，鹏补偿后，驢 敏感性斷氏至0.6，/""C，仅为封装前的5%，驢补偿效果良好。使用本专利技术的封装结构制作的光纤光栅应变传繊其应变传赚性如图3 所示。封装前，光纤光栅的应变敏感性为1.2，//^,封装后其应变敏感性为 1.4戸///"良好的实现了应变增敏。经鄉,效果很好。成型工艺实施例指实心体2的制作工艺为:先将光纤光栅4整体埋入实 心体2的生产模具中，再浇注芳纶纤维增强树脂基复合材料在线成型(浇铸方 法同已有技术)，实现实心体2与光纤光栅4的结构一体化。或浇注塑料亦可。 度补偿基本原理为传感器各部件间采用上述方式进行结合，彼此间 均存在相互作用力；光纤光栅整体埋入芳纶纤本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用在线成型工艺制成的光纤光栅自补偿应变传感器，其特征在于设有补偿装置，该补偿装置由件Ｂ（３）和实心体（２）串连式连接构成，实心体（２）是采用在线成型工艺将光纤光栅（４）整体埋入固定于其中制成的，光纤光栅处于串连轴线上或其平行线上；件Ｂ（３）和实心体（２）的横截面积、热膨胀系数中至少有一项互不相同；当该补偿装置两端固定，且温度变化时，在线弹性范围内，件Ｂ（３）和实心体（２）热应力相互作用导致实心体（２）承受压应变或拉应变导致光栅波长向短波或长波方向移动，实现对光栅波长温度漂移的自动补偿。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜彦良，李剑芝，孙宝臣，刘晨曦，
申请(专利权)人：石家庄铁道学院，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]
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