一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器制造技术

本实用新型专利技术设计光纤光栅技术领域，具体为一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器，包括光纤光栅、补偿块、滑块和菱形基体，所述菱形基体为中空结构；所述补偿块和滑块分别固定连接在菱形基体的一条对角线的端点上，所述光纤光栅的两端分别与滑块和补偿块固定连接。本方案通过特殊菱形结构确保结构件在承受拉、压应变或者弯曲应变时，光纤光栅及固定光纤的根部不会承受剪切或者弯曲应力，只有拉伸应力，从而有效提高了传感器的可靠性和使用寿命。此外，在温度升高时，补偿块的自由端能向菱形基体内伸长，也实现了温度补偿的效果。也实现了温度补偿的效果。也实现了温度补偿的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器


[0001]本技术设计光纤光栅
，具体为一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器。

技术介绍

[0002]光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在制作光纤激光器、光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。
[0003]在实际应用过程中，随着外界温度的变化，光纤光栅的有效折射率和光栅周期会发生相应的变化，由于光纤光栅的中心波长与其有效折射率和光栅周期有关，从而导致其中心波长也会发生相应的漂移，漂移量约为10pm/℃，这严重限制了光纤光栅的实际应用。因此对光纤光栅进行温度补偿是十分必要的。

技术实现思路

[0004]本技术所解决的技术问题在于提供一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器。
[0005]本技术提供的基础方案：一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器，包括光纤光栅、补偿块、滑块和菱形基体，所述菱形基体为中空结构；
[0006]所述补偿块和滑块分别固定连接在菱形基体的一条对角线的端点上，所述光纤光栅的两端分别与滑块和补偿块固定连接。
[0007]进一步，当所述菱形基体的两条对角线长度不相等时，所述补偿块和滑块分别固定连接在菱形基体的长对角线上。
[0008]进一步，所述菱形基体的角度大小能够根据传感器的灵敏度系数进行调整。
[0009]进一步，所述菱形基体和滑块采用殷瓦钢材料制成，其线膨胀系数为(1～3)
×
10
‑
6/℃。
[0010]进一步，所述补偿块与菱形基体固定连接的部位为补偿块远离菱形对角线交点的端面。
[0011]进一步，所述补偿块采用的材料为纯度高于99％的镍，其线膨胀系数为13
×
10
‑
6/℃。
[0012]进一步，所述菱形基体的另一条对角线上的两边设有向外延伸的结构件，所述结构件的端部设为长条形的粘接结构。
[0013]进一步，所述粘接结构的粘接面有0.2mm
‑
0.3mm的空间涂抹胶粘剂。
[0014]进一步，所述光纤光栅表面设有适用于350℃下温度使用的涂覆层，所述光纤光栅的两端分别与滑块和补偿块通过300
‑
350℃融化焊料焊接的方式进行固定连接，所述光纤光栅采用飞秒逐点写入的工艺进行制作。
[0015]进一步，所述菱形基体的四边厚度不高于2mm，宽度为0.5
‑
1mm。
[0016]本技术的原理及优点在于：
[0017]1)通过特殊菱形结构确保结构件在承受拉、压应变或者弯曲应变时，光纤光栅及固定光纤的根部不会承受剪切或者弯曲应力，只有拉伸应力，可有效提高传感器的可靠性和使用寿命。
[0018]2)将菱形基体和滑块采用线膨胀系数较低的金属材料，使得传感器自身具有较高的温度系数，再将光纤光栅与线膨胀系数较高的补偿块进行焊接，就能将光纤光栅应变传感器的零点温漂系数做得很低或者为零，如此实现了光纤光栅应变传感器的温度补偿。
[0019]3)因涂覆层适用于350℃下温度使用，所以光线光栅与滑块和补偿块焊接后不会被焊料融化(焊料于300
‑
350℃间融化)，而采用飞秒逐点写入的特殊工艺制作的光纤光栅，刻栅区域在刻栅时及刻栅后自身涂覆层没有损坏依然附着于光纤表面，可对光纤光栅起到良好的保护，同时光纤无任何损伤使得光纤光栅自身可以满足抗拉至20000με的应变变化且光纤不会出现缺陷。
[0020]4)两个粘接结构以及空间涂抹胶粘剂能够使得传感器被牢固地粘贴于被测物体，而菱形基体等厚的四边厚度不高于2mm，宽度为0.5
‑
1mm，这样的设计便于菱形结构不需要较大的外力即可引起结构的变形，及时有效的传递至光纤光栅，达到应变的测量。
附图说明
[0021]图1为本技术一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器的结构示意图。
[0022]图2为本技术一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器的A
‑
A剖面图。
[0023]图3为本技术一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器的温度补偿说明图。
具体实施方式
[0024]下面通过具体实施方式进一步详细说明：
[0025]说明书附图中的标记包括：光纤光栅1、菱形基体2、滑块3、焊料4、补偿块5。
[0026]具体实施过程如下：
[0027]实施例一
[0028]实施例一基本如附图1所示，一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器，包括光纤光栅1、补偿块5、滑块3和菱形基体2；所述菱形基体2为中空结构，其四边等厚，结构对称，锐角设计为60
°
，在其它实施例中，所述菱形基体2的角度大小也能够根据传感器的灵敏度系数进行相应调整；如图2所示，本实施例中，所述补偿块5和滑块3分别焊接在菱形基体2的长对角线的端点上，其中，补偿块5与菱形基体2的焊接部位为补偿块5远离菱形对角线交点的端面，所述光纤光栅1的两端分别与滑块3和补偿块5焊接，在焊接后，光纤光栅1的焊接处在自由状态不受力的情况下，光纤光栅1一般要求被拉伸，波长变化量控制在3nm～5nm，用于测量正负微应变，该值可以根据光纤光栅1应变传感器的实际测量范围进行调整。在上述结构下的光纤光栅1应变传感器，可以确保结构件在承受拉、压应变或者弯曲应变时，光纤光栅1及固定光纤的根部不会承受剪切或者弯曲应力，只有拉伸应力，可有效提高传感器的可靠性和使用寿命。
[0029]具体的，本实施例中的光纤光栅1表面设有适用于350℃下温度使用的涂覆层，所
述光纤光栅1的两端分别与滑块3和补偿块5通过300
‑
350℃融化焊料4焊接的方式进行固定连接。该光纤光栅1为采用飞秒逐点写入的特殊工艺制作的光纤光栅1，刻栅区域在刻栅时及刻栅后自身涂覆层没有损坏依然附着于光纤表面，可对光纤光栅1起到良好的保护，同时光纤无任何损伤使得光纤光栅1自身可以满足抗拉至20000με的应变变化且光纤不会出现缺陷。
[0030]菱形基体2与滑块3主要由殷瓦钢加工而成，其线膨胀系数为(1～3)
×
10
‑
6/℃，补偿块5采用材料为纯度高于99％的镍，线膨胀系数为13
×
10
‑
6/℃，当温度升高时，补偿块5的自由端向菱形结构内伸长，达到温度补偿的效果。
[0031]温度补偿说明具体如图3所示，图中L1、L2和L3在25℃温度下的长度关系满足：
[0032]L3＝L1
‑
L2
[0033]当温度变化ΔT时：
[0034]L1
’
＝L1+ΔL1，L2
’
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器，其特征在于：包括光纤光栅、补偿块、滑块和菱形基体，所述菱形基体为中空结构；所述补偿块和滑块分别固定连接在菱形基体的一条对角线的端点上，所述光纤光栅的两端分别与滑块和补偿块固定连接。2.根据权利要求1所述的一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器，其特征在于：当所述菱形基体的两条对角线长度不相等时，所述补偿块和滑块分别固定连接在菱形基体的长对角线上。3.根据权利要求1所述的一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述菱形基体的角度大小能够根据传感器的灵敏度系数进行调整。4.根据权利要求1所述的一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述菱形基体和滑块采用殷瓦钢材料制成，其线膨胀系数为(1～3)
×
10
‑
6/℃。5.根据权利要求1所述的一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述补偿块与菱形基体固定连接的部位为补偿块远离菱形对角线交点的端面。6.根据权利要求1所述的一种具有温度补偿的光纤光栅应变传感器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭建平，梅运桥，冉小东，向真才，
申请(专利权)人：重庆拜安科技有限公司，
类型：新型
国别省市：