一种光纤光栅温度传感器及制作和标定方法技术

本发明专利技术公开了一种光纤光栅温度传感器及制作和标定方法，光纤光栅温度传感器包括光纤、包裹在光纤内的光纤光栅，以及设在光纤表面的增敏材料，所述增敏材料包裹着光纤光栅，所述光纤的两端穿出光敏材料外。本发明专利技术利用增敏材料在极端低温环境下具有较高的热膨胀系数、足够的弹性模量以及良好的相容性等特点，将光纤光栅封装于特定的增敏材料中，并利用材料的热变形来实现极端环境中的温度测量，实现了光纤光栅温度传感器在极端低温或大幅度变温环境中连续性温度的测量，克服了温度灵敏度低、分辨率不足的问题。分辨率不足的问题。分辨率不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤光栅温度传感器及制作和标定方法


[0001]本专利技术涉及光纤光栅传感器领域，具体的说，尤其涉及一种光纤光栅温度传感器及制作和标定方法。

技术介绍

[0002]光纤布拉格光栅(FBG)传感器具有时空连续性、灵敏度高、抗电磁干扰性强、检测距离长、可以组成二维或三维的传感网络等诸多优点，被公认为未来实现超导结构内部温度和应变表征快速检测的重要产品。
[0003]然而，随着温度的下降，光纤布拉格光栅传感器受其本征特性的影响，输出信号表现为强烈的温度响应弱化，呈非线性温度响应，尤其是50K以下的极端环境下，温度灵敏度、响应时间和使用寿命等传感性能参数急剧退化。目前，尽管国际上已率先采用一些先进的金属镀膜工艺来提高光纤布拉格光栅传感器在极端环境下的温度灵敏度。然而，大量的工程应用经验表明：在极端多场环境下，金属涂覆层伴随温度的大幅下降，内部热应力瞬间释放，致使涂层产生剥落、分离等问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有光纤光栅温度传感器在低温环境下灵敏度差的问题，本专利技术提供一种光纤光栅温度传感器及制作和标定方法。
[0005]一种光纤光栅温度传感器，包括光纤、包裹在光纤内的光纤光栅，以及设在光纤表面的增敏材料，所述增敏材料包裹着光纤光栅，所述光纤的两端穿出光敏材料外。本光纤光栅温度感器在低温下仍具有较好的灵敏度。
[0006]可选的，所述增敏材料为环氧树脂或/和PMMA树脂。光纤光栅温度感器能在低温环境下进行使用，实用性强。
[0007]可选的，所述增敏材料的厚度为0.5mm
‑
5mm。增敏材料不容易脱落、剥离，也能避免影响热应变的传递率。
[0008]一种光纤光栅温度传感器的制作方法，制作所述的光纤光栅温度传感器，依次包括以下步骤：
[0009]将光纤和光纤光栅组装，再将组装后的光纤一端固定在模具内，另一端拉直后再固定在模具内；
[0010]然后使用增敏材料进行填充灌装，最后将模具放在真空加热炉内进行加热固化。操作简单。
[0011]可选的，采用的增敏材料为环氧树脂，所述真空加热炉内的压强为3Kpa，模具放入真空高温炉后，真空高温炉在30分钟内升温至55℃，保温2小时后，在30分钟内继续升温至110℃，保温5小时后，在30分钟内继续升温至125℃，保温16小时后，回温至室温，完成固化。
[0012]可选的，采用的增敏材料为PMMA树脂，所述真空加热炉内的压强为3Kpa，模具放入真空高温炉后，真空高温炉在30分钟内升温至60℃，保温8小时后，回温至室温，完成固化。
[0013]可选的，采用的增敏材料为环氧树脂和PMMA树脂，先采用PMMA树脂进行填充灌装，完成加热固化后，将模具取出，再采用环氧树脂进行填充灌装，再完成加热固化。
[0014]可选的，采用的增敏材料为环氧树脂和PMMA树脂，先采用环氧树脂进行填充灌装，完成加热固化后，将模具取出，再采用PMMA树脂进行填充灌装，再完成加热固化。
[0015]一种光纤光栅温度传感器的标定方法，依次包括以下步骤：
[0016]将光纤光栅温度传感器放置在恒温箱内，所述恒温箱内设有冷头、加热器、温度控制仪和光纤光栅波长解调仪；
[0017]通过控制冷头和加热器，来调节恒温箱内温度；
[0018]设定多个测试温度，将恒温箱进行抽真空，并将恒温箱内的温度分别调整到测试温度；
[0019]温度控制仪进行温度的采集，当恒温箱内的温度在25分钟内没有发生改变，当前状态为平衡状态，记录当前的温度，并通过光纤光栅波长解调仪检测光纤光栅温度传感器的波长，形成波长和对应的温度的记录，计算灵敏度。
[0020]可选的，当温度控制仪检测到的实际温度与测试温度的温差在10％以内，且温度在25分钟内没有发生改变，记录当前温度，并通过光纤光栅波长解调仪检测光纤光栅温度传感器的波长，形成波长和对应的温度的记录，计算灵敏度；
[0021]当温度控制仪检测到的实际温度与测试温度的温差超过10％，调节恒温箱内温度，以使实际温度与测试温度的温差在10％以内。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0023]本专利技术提供一种光纤光栅温度传感器，利用增敏材料在极端低温环境下具有较高的热膨胀系数、足够的弹性模量以及良好的相容性等特点，将光纤光栅封装于特定的增敏材料中，并利用材料的热变形来实现极端环境中的温度测量，实现了光纤光栅温度传感器在极端低温或大幅度变温环境中连续性温度的测量，克服了温度灵敏度低、分辨率不足的问题。
[0024]本专利技术提供一种光纤光栅温度传感器的制作方法，光纤光栅封装在光纤内，采用模具和真空高温炉，将热敏材料固化后形成在光纤的表面，光纤光栅温度传感器能够在极端低温或大幅度变温环境中进行温度的测量，降低了低温环境对光纤光栅温度传感器的使用影响，实用性高，确保光纤光栅温度传感器的灵敏度；光纤通过拉伸被拉直固定在模具上，有利于光纤的热应力释放，确保制作的光纤光栅温度传感器的质量。
[0025]本专利技术提供一种光纤光栅温度传感器的标定方法,对光纤光栅温度传感器进行标定，以使其能够正常的、精准的完成测温工作；本专利技术的光纤光栅温度传感器在低温环境下仍具有较好的灵敏性。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例提供的光纤光栅温度传感器的结构示意图一；
[0027]图2为本专利技术实施例提供的光纤光栅温度传感器的结构示意图二；
[0028]图3为本专利技术实施例提供的光纤光栅温度传感器的结构示意图三；
[0029]图4为本专利技术实施例提供的光纤光栅温度传感器的结构示意图四；
[0030]图5为本专利技术实施例提供的恒温箱的结构示意图；
[0031]图6为本专利技术实施例提供的光纤光栅温度传感器标定方法的流程示意图一。
[0032]图7为本专利技术实施例提供的光纤光栅温度传感器标定方法的流程示意图二。
具体实施方式
[0033]为了详细说明本专利技术的技术方案，下面将对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]实施例1
[0035]一种光纤光栅温度传感器，包括光纤1、包裹在光纤内的光纤光栅2，以及设在光纤表面的增敏材料，增敏材料包裹着光纤光栅，光纤的两端穿出光敏材料外。
[0036]增敏材料为环氧树脂或/和PMMA树脂。
[0037]参考附图1，增敏材料为环氧树脂3，光纤1两端的表面没有设环氧树脂，光纤的其余表面设有环氧树脂3。
[0038]参考附图2，增敏材料为PMMA树脂4，光纤1两端的表面没有设PMMA树脂，光纤的其余表面设有PMMA树脂4。
[0039]参考附图3，增敏材料为环氧树脂3和PMMA树脂4，光纤1的两端表面没有设增敏材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅温度传感器，其特征在于:包括光纤、包裹在光纤内的光纤光栅，以及设在光纤表面的增敏材料，所述增敏材料包裹着光纤光栅，所述光纤的两端穿出光敏材料外。2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅温度传感器，其特征在于:所述增敏材料为环氧树脂或/和PMMA树脂。3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅温度传感器，其特征在于:所述增敏材料的厚度为0.5mm
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5mm。4.一种光纤光栅温度传感器的制作方法，其特征在于：制作如权利要求1～3任一所述的光纤光栅温度传感器，依次包括以下步骤：将光纤和光纤光栅组装，再将组装后的光纤一端固定在模具内，另一端拉直后再固定在模具内；然后使用增敏材料进行填充灌装，最后将模具放在真空加热炉内进行加热固化。5.根据权利要求3所述的一种光纤光栅温度传感器的制作方法，其特征在于：采用的增敏材料为环氧树脂，所述真空加热炉内的压强为3Kpa，模具放入真空高温炉后，真空高温炉在30分钟内升温至55℃，保温2小时后，在30分钟内继续升温至110℃，保温5小时后，在30分钟内继续升温至125℃，保温16小时后，回温至室温，完成固化。6.根据权利要求3所述的一种光纤光栅温度传感器的制作方法，其特征在于：采用的增敏材料为PMMA树脂，所述真空加热炉内的压强为3Kpa，模具放入真空高温炉后，真空高温炉在30分钟内升温至60℃，保温8小时后，回温至室温，完成固化。7.根据权利要求3所述的一种光纤光栅温度传感器的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：关明智，张鹏年，辛灿杰，吴巍，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：