一种高温EFPI型光纤应变传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高温EFPI型光纤应变传感器及其制备方法，包括光纤、纤维套管、保护管、光纤跳线、金属管、氧化铝陶瓷插芯、陶瓷棒和应变拉伸弹片组件。本发明专利技术的原理是利用光纤端面和陶瓷棒端面反射形成FP干涉，该干涉信号与两端面之间的间距L有着固定的对应关系，在此基础上，传感器配合光源和解调仪组成应变监测系统，光源的光进入传感器形成干涉信号，解调仪实时解算传感器腔长L，在完成L与应变值对应关系的标定测试后，即可通过解调仪中L的值计算得到外界环境的应变值，从而实现高温环境下应变的实时监测。本发明专利技术可以实时监测金属及非金属结构体的应变，调试方法简单，测试结果准确。测试结果准确。测试结果准确。

【技术实现步骤摘要】
一种高温EFPI型光纤应变传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及测量测试
，具体涉及一种高温EFPI型光纤应变传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]光纤EFPI传感器被广泛应用于应变、压力、振动、温度等参数监测，是光纤传感技术的典型代表产品，在航天、航空、海洋、地质、医疗健康等领域发挥着重要作用。随着光纤EFPI传感器应用领域的拓展，工作环境逐为严苛，高温应变测量逐渐成为该类传感器应用的瓶颈，该瓶颈主要是归结于普通光纤的涂覆层能力不足，另一方面，整个传感器的零件材料也必须耐高温，这种对材料选择的局限性限制了光纤EFPI传感器在高温工作环境的应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术是为了解决光纤EFPI传感器在高温工作环境的应用问题，提供一种高温EFPI型光纤应变传感器及其制备方法，包括应变拉伸弹片和固定在弹片上的陶瓷棒和陶瓷插芯，中间有一定的间隔距离，通过反复调节陶瓷棒和插芯之间的角度和腔长，使光线在陶瓷棒端面反射后沿光纤中心原路返回，达到实现F
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P干涉的目的。本专利技术可实现光纤传感器在高温工作环境中的应变信息传递，具有普适性，对于高温和低温工作环境中的所有样品均可应用此传感器测试应变信息。
[0004]本专利技术提供一种高温EFPI型光纤应变传感器，包括光纤，设置在光纤外部的纤维套管，依次设置在纤维套管一端的保护管、光纤跳线，依次设置在纤维套管另一端的金属管、氧化铝陶瓷插芯，设置在氧化铝陶瓷插芯一侧的陶瓷棒和设置在金属管、氧化铝陶瓷插芯、陶瓷棒下部的应变拉伸弹片组件；
[0005]光纤一端与光纤跳线连接、另一端依次穿过金属管、氧化铝陶瓷插芯并露出光纤端面，陶瓷棒的端面与光纤端面平行相对、距离为L，L为EFPI型光纤应变传感器腔长；
[0006]保护管用于保护光纤与光纤跳线的连接处，金属管用于保护光纤与氧化铝陶瓷插芯的连接处；
[0007]应变拉伸弹片组件包括用于固定光纤、金属管和氧化铝陶瓷插芯的第一应变拉伸弹片，用于固定陶瓷棒的第二应变拉伸弹片和连接第一应变拉伸弹片、第二应变拉伸弹片的矩形弹簧结构，光纤端面和陶瓷棒的端面均设置在矩形弹簧结构上，第一应变拉伸弹片和第二应变拉伸弹片均为平面结构。
[0008]本专利技术所述的一种高温EFPI型光纤应变传感器，作为优选方式，光纤为镀金光纤，应变拉伸弹片组件的材质为GH4169或GH3600。
[0009]本专利技术所述的一种高温EFPI型光纤应变传感器，作为优选方式，矩形弹簧结构与第一应变拉伸弹片、第二应变拉伸弹片的连接处设置半圆槽。
[0010]本专利技术所述的一种高温EFPI型光纤应变传感器，作为优选方式，应变拉伸弹片组
件还包括设置在第一应变拉伸弹片和第二应变拉伸弹片的底部的倒三角结构。
[0011]本专利技术所述的一种高温EFPI型光纤应变传感器，作为优选方式，EFPI型光纤应变传感器的工作温度为0～700℃。
[0012]本专利技术所述的一种高温EFPI型光纤应变传感器，作为优选方式，光纤与光纤跳线熔接。
[0013]本专利技术提供一种高温EFPI型光纤应变传感器制备方法，包括以下步骤：
[0014]S1、组装：将光纤一端与光纤跳线熔接、另一端去除表面涂覆层并切割至光纤端面平整后依次插入金属管、氧化铝陶瓷插芯露出光纤端面，使用陶瓷胶将光纤与金属管、氧化铝陶瓷插芯固定；
[0015]S2、调整腔长：将固定后的光纤、金属管和氧化铝陶瓷插芯放置在第一应变拉伸弹片上，将陶瓷棒放置在第二应变拉伸弹片，调节L，达到设定值后向矩形弹簧结构的半圆槽中填入陶瓷胶固定光纤和陶瓷棒的位置；
[0016]S3、退火：将组装后的应变拉伸弹片组件放入马弗炉进行退火，退火后取出；
[0017]S4、测试：将退火后的EFPI型光纤应变传感器进行测试，测试合格后制备完成。
[0018]本专利技术所述的一种高温EFPI型光纤应变传感器制备方法，作为优选方式，步骤S3中退火的温度制度包括：升温阶段、恒温阶段、炉内退火阶段和自然降温阶段。
[0019]本专利技术所述的一种高温EFPI型光纤应变传感器制备方法，作为优选方式，升温阶段的温度制度为：从室温升温至750℃、升温速率为10℃/min；
[0020]恒温阶段的温度为750℃、保持时间60min；
[0021]炉内退火阶段的时间为60min。
[0022]本专利技术所述的一种高温EFPI型光纤应变传感器制备方法，作为优选方式，步骤S4的测试方法包括温度系数测试和应变系数测试；
[0023]温度系数测试方法为：将EFPI型光纤应变传感器与解调仪和电脑连接，并将组装后的应变拉伸弹片放入马弗炉，使用解调程序进行温度系数测试得到温度系数；
[0024]应变系数测试方法为：将应变拉伸弹片粘接在拉伸片后安装在拉伸机上，再在应变拉伸弹片一侧粘贴电阻应变片，拉伸机施加应力后读取电阻应变片的应变值得到应变系数。
[0025]本专利技术所实现耐高温的光纤EFPI应变传感器包括应变拉伸弹片和固定在弹片上的陶瓷棒和陶瓷插芯，中间有一定的间隔距离。通过反复调节陶瓷棒和插芯之间的角度和腔长，使光线在陶瓷棒端面反射后沿光纤中心原路返回，达到实现F
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P干涉的目的。该调试和制作过程相对复杂，如果陶瓷棒和插芯没有完全平行，则光谱仪收集到的光强信号较弱，如果在光纤与插芯的固定过程中，光纤粘有过多陶瓷胶，则在后期高温退火过程中光纤会断掉，可能会导致光纤EFPI应变传感器无法正常使用。
[0026]一种高温EFPI型光纤应变传感器，包括光纤、应变拉伸弹片、纤维套管、保护管、光纤跳线、氧化铝陶瓷插芯和氧化铝陶瓷棒，光线经光纤传输至端面，金属管保护光纤与插芯的连接处。经与光纤端面平行的陶瓷棒反射回光纤，形成F
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P干涉，陶瓷棒与光纤端面构成谐振腔；光纤的另一端熔接光纤跳线，并在熔点处安装保护管，便于与其它仪器连接，观察光纤传感器的质量系数。
[0027]光纤包括但不限于镀金光纤，应变拉伸弹片的材质包括但不限于GH4169、GH3600，
应变拉伸弹片在固定陶瓷棒和插芯的两端有半圆形沟壑，中间由矩形弹簧结构连接，底部有倒三角结构支撑，便于传感器的焊接，与光纤构成谐振腔的陶瓷棒端面应为反射良好的光滑平面，且与光纤端面平行，光纤跳线与镀金光纤的纤芯对准熔接，传感器的反射光信号可以传输至光纤跳线的另一端，光纤传感器适用于0～700℃的工作环境。
[0028]耐高温EFPI型应变光纤传感器及测试方法，其特征在于步骤如下：
[0029]1)将制作好的传感器放入可以引线的高温炉中，保护管以后的部分置于高温炉外；
[0030]2)启动高温炉，开始对光纤传感器高温退火；
[0031]3)按照指定条件进行退火，退火完成后，切断高温炉电源，待炉内温度降低后对传感器进行如下测试；
[0032]4)设定马弗炉的测试程序，从100℃开始设定恒温，每150℃恒温一次，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温EFPI型光纤应变传感器，其特征在于：包括光纤(1)，设置在所述光纤(1)外部的纤维套管(2)，依次设置在所述纤维套管(2)一端的保护管(3)、光纤跳线(4)，依次设置在所述纤维套管(2)另一端的金属管(5)、氧化铝陶瓷插芯(6)，设置在所述氧化铝陶瓷插芯(6)一侧的陶瓷棒(7)和设置在所述金属管(5)、所述氧化铝陶瓷插芯(6)、所述陶瓷棒(7)下部的应变拉伸弹片组件(8)；所述光纤(1)一端与所述光纤跳线(4)连接、另一端依次穿过所述金属管(5)、所述氧化铝陶瓷插芯(6)并露出光纤端面，陶瓷棒(7)的端面与所述光纤端面平行相对、距离为L，L为EFPI型光纤应变传感器腔长；所述保护管(3)用于保护所述光纤(1)与所述光纤跳线(4)的连接处，所述金属管(5)用于保护所述光纤(1)与所述氧化铝陶瓷插芯(6)的连接处；所述应变拉伸弹片组件(8)包括用于固定所述光纤(1)、所述金属管(5)和所述氧化铝陶瓷插芯(6)的第一应变拉伸弹片(81)，用于固定所述陶瓷棒(7)的第二应变拉伸弹片(82)和连接所述第一应变拉伸弹片(81)、所述第二应变拉伸弹片(82)的矩形弹簧结构(83)，所述光纤端面和所述陶瓷棒(7)的端面均设置在所述矩形弹簧结构(83)上，所述第一应变拉伸弹片(81)和所述第二应变拉伸弹片(82)均为平面结构。2.根据权利要求1所述的一种高温EFPI型光纤应变传感器，其特征在于：所述光纤(1)为镀金光纤，所述应变拉伸弹片组件(8)的材质为GH4169或GH3600。3.根据权利要求1所述的一种高温EFPI型光纤应变传感器，其特征在于：所述矩形弹簧结构(83)与所述第一应变拉伸弹片(81)、所述第二应变拉伸弹片(82)的连接处设置半圆槽。4.根据权利要求1所述的一种高温EFPI型光纤应变传感器，其特征在于：所述应变拉伸弹片组件(8)还包括设置在所述第一应变拉伸弹片(81)和所述第二应变拉伸弹片(82)的底部的倒三角结构(84)。5.根据权利要求1所述的一种高温EFPI型光纤应变传感器，其特征在于：所述EFPI型光纤应变传...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨浩，毛国培，李金洋，马骢，史青，
申请(专利权)人：航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：