一种超结构布拉格光纤光栅(SFBG)，对光纤金属膜用激光辅助进行直写。一种激光直写方法，用于在已有的FBG非水平表面上形成银纳米周期性薄膜。银薄膜厚约9μm，沿FBG四周分布。SFBG的性能研究是以施加在光纤上的温度和张力为基础。一种新开发的光学-机械模型，用于在热度和结构负载条件下预测合成SFBG的光学响应。反射光谱中的边带反射率在热度和结构负载的影响下可达到20％和37％。此外，已有的SFBG被用于同步测量力学和温度，消除传统FBG在多参数感应上的自身缺陷。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有关申请的对照资料本申请主张于2009年7月16日提交的美国临时专利申请NO. 61/213，796的权益， 该专利申请在此全部引用作为参考。
本说明总体介绍一种光纤传感器及其制造工艺。具体来讲，本说明涉及一种光纤传感器，它能使用同一数据源，在光纤的一个或多个预定位置同时检测和测量多项标准，并且还涉及到一种制成光纤传感器的方法。
技术介绍
光纤传感器特别是布拉格光纤光栅(FBG)在技术上是已知的。FBG是光纤的一种， 它的光谱响应受实际应变和温度的影响。因此，现有的FBG可以用来测量应力或温度的变化。光纤传感器(如TOG)的这些独特功能促进了光纤传感装置的应用。光纤传感器的特性包括重量轻、体积小、使用寿命长、线性延伸长、抗电磁干扰、抗腐蚀等。尽管具有这些激励性特点，但现有的FBG技术和应用还是存在一定的局限性和问题。现有FBG技术的其中一个问题是，当传感器光响应中的应变与温度效应耦合时，会影响测量的可靠性和准确性。可以专利技术一种光纤感应器，能在光纤上一个或多个同源的预定位置同时检测和测量多项标准。
技术实现思路
本说明中实施方案的目标之一是可以避免或减轻旧有的光纤传感器中的至少一个缺点。本说明介绍了新FBG传感设备的建模、设计和制造。它可应用于结构测量、故障诊断、温度测量及压力监测等用途，还可用于医疗设备中，例如癌症诊断。它还将可能用于航天结构、桥梁结构、建筑等的结构健康监测，油井和气井的井下测量，以及地震震级测量。为了能让光学传感器具有同时测量浓度和温度的能力，先要使FBG对折射率敏感并保持其热敏度不受影响。考虑到FBG的特性，还可能将传感器嵌入到金属零件中进行原位负载监测。很多行业都可以借助这项技术获益，如机床加工、航空航天以及汽车行业。设备制造采用激光微加工方法。FBG传感装置的开发采用了两种工艺叠加法和减色法。叠加法用于纤维金属薄膜的沉积，减色法是基于外围光纤材料的选择性去除。为了解决FBG中的温度-应变耦合问题，设计并制成了纤维金属薄膜的超结构布拉格光纤光栅(SFBG)。SFBG能同时测量应变和温度。为了设计传感装置和分析传感器性能，开发了一项监测热度和结构的FBG光学机械模型。模型基于光纤的光测弹性和热光等性能。当FBG面对均勻和不均勻分布的结构负载和温度变化时，可利用模型预测它的光学反应。模型还可为SFBG提供光反应，使其折射率沿光纤产生二次周期性。利用已开发的 FBG光机械模型开展纤维薄膜传感器的设计。一种名为激光辅助无掩膜微沉积(LAMM)的激光直写(DW)方法可用于将薄膜选择性地沉积到光纤上，直接叠加或分层制造法——无论是否是基于激光的方法——都可用于光纤薄膜的成型。飞秒激光微加工和氢氟酸蚀刻减色法也成功用于传感器制造。为此，在常规FBG 包层中要进行定期微沟槽印刻，以便提高它们对周围环境浓度的灵敏度，同时保持完整的热敏度。这种传感器在生物医学研究中的应用有很大的潜力，其中要对生物分析物的性能进行原位测量。本说明中介绍了 FBG传感器的另一种用途，即利用低温嵌入工艺嵌入到金属部件中，用于结构健康监测。在这里，可利用光机械模型预测嵌入的FBG的光响应。嵌入工艺包括低温铸造、纤维薄膜沉积以及电镀工艺。第一本说明介绍了一种光纤传感器，其特点是能在光纤传感器上的一个或多个预定位置同时检测多项标准。特征1 传感器能同时检测两项标准，这两项标准是从多项标准组合中选出的，这些组合包括温度和应变、温度和应力、温度和压力、温度和强度、温度和氢含量，以及温度和湿度。特征2 光纤是一种FBG光纤，外层被布设了多个涂层。特征3 光纤是一种FBG光纤，它的首端连接到一个只能识别反射光的频谱信号分析仪。特征4 多涂层沿光纤长度等距排列。特征5 多涂层沿光纤长度非等距排列。特征6 多涂层由第一涂层组和第二涂层组组成，第一涂层组沿光纤长度等距分布，第二涂层组沿光纤长度非等距分布。特征7 多涂层是一层厚度达到200 μ m的薄膜。特征8 多涂层是一层厚度约9 μ m的薄膜。特征9 多涂层是一种导电元素，选自钛、银、金、钼、铝、锌、镁、铜、铁、铬、镍、钯、 铅及其组合。特征10 多涂层是银。特征11 多涂层是聚合材料。特征12 多涂层长约1. 5毫米，相邻的涂层间隔0. 5毫米。特征13 多涂层的长度是光纤传感器光栅长度的三分之一，相邻的涂层间隔也是光栅长度的三分之一。特征14 光纤表面周围有多个半径递减带。特征15 光纤表面到递减带底部的深度达40 μ m。特征16 每个多元带长达光纤传感器光栅长度的三分之一，相邻带的间隔也是光栅长度的三分之一。特征17 多元带沿光纤长度等距分布。特征18 多元带沿光纤长度非等距分布。特征19 多元带包括第一带组和第二带组，第一带组沿光纤长度等距分布，第二带组沿光纤长度非等距分布。特征20 多项标准选自多个组合，这些组合包括温度和应变、温度和强度、温度和应力、温度和压力，以及温度和液体浓度。第二 本专利技术提供了一种制造光纤传感器的方法，使光纤传感器能在一个或多个预定位置同时检测多项标准，这个方法包括将至少一个薄涂层用于一个非平滑表面。特征1 涂层的应用流程选自以下流程，包括直写、直接沉积、直接印刷、逐层沉积、直接叠加制造、实体无模制造及分层制造。特征2:使用激光加工。特征3 涂层适用于激光直写。特征4 激光直写是指激光辅助无掩模微沉积法。特征5 多项标准是从以下各组合中选出的，包括温度和应变、温度和应力、温度和压力、温度和氢含量，以及温度和湿度。第三本说明介绍了一种光纤传感器的制造工艺，使光纤传感器能在一个或多个预定位置同时检测多项标准，该工艺包括去除光纤表面材料。特征1 用飞秒激光蚀刻技术去除光纤表面的材料涂层。特征2 选择性的利用氢氟酸蚀刻法去除光纤表面的材料涂层。特征3 可从以下组合中选出一项或多项标准温度和应变、温度和强度、温度和应力、温度和压力，以及温度和液体浓度。特征4 去除光纤周围的材料，沿光纤形成圆周形多元带，从光纤表面算起，形成的多元带深度可达40 μ m。特征5 多元带长达光纤光栅长度的三分之一，相邻带的间隔也是光栅长度的三分之一。通过结合下面的实例描述和图表，对一般技术熟练的人来讲，本说明的其他方面和特点就一目了然了。附图说明本说明仅以举例方式进行介绍，参照附图。图1描述了超结构FBG的反射光谱图。图2描述一种被周期性金属涂层覆盖的光纤按一定间距布设及其对平均折射率的影响。图3介绍了不同类型(广义周期、质量和涂层厚度)的镀金属周期性光纤。同时， 图3还介绍了 SFBG相应的反射光谱；图4用圆柱坐标系统来解释光纤和镀金属；图5描述了在不同张力作用下，参数K~变量沿光纤的变化情况；图6描述了在不同温度下，参数Κ~沿光纤的变化情况；图7描述了附着于FBG的周期性银薄膜的几何尺寸；图8描述了在不同负载情况下，SFBG的反射光谱图9描述了 SFBG在受力情况下的反射率图10描述了 SFBG在受力情况下的布拉格波长图11描述了受温度影响的SFBG反射光谱图12描述了受温度影响的SFBG反射率图13描述了受温度影响的SFBG布拉格波长图14介绍了 SFBG的结构和热负荷测试装置；图15描述了附加银薄膜前后，FBG反射率示意图16描述了在热循环环境下，受布拉格波长影响的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.07.16 US 61/213,7961.一种光纤传感器，能同时对光纤传感器上的一个或多个预定位置进行检测和测量的光纤传感器。2.权利要求1所述的光纤传感器，其中传感器够同时检测两项标准，这两项标准是从不同的组合中选定的，这些组合包括温度和应变、温度和应力、温度和压力、温度和强度、温度和氢含量、及温度和湿度组成。3.权利要求1所述的光纤传感器，其中光纤是指布拉格光纤光栅及围绕光纤沉积的多个涂层。4.权利要求1所述的光纤传感器，其中光纤指布拉格光纤光栅，该光栅的一端与只读反射光的光谱信号分析仪相连。5.权利要求3所述的光纤传感器中，多个涂层沿光纤长度等距排列。6.权利要求3所述的光纤传感器中，多个涂层沿光纤长度非等距排列。7.权利要求3所述的光纤传感器中，多个涂层包括第一涂层组和第二涂层组，其中第一涂层组沿光纤程度灯具排列，第二涂层组沿光纤长度非等距排列。8.权利要求3所述的光纤传感器中，多个涂层是厚度约为200μ m的薄膜。9.权利要求8所述的光纤传感器中，多个涂层是厚度约为9μ m的薄膜。10.权利要求8所述的光纤传感器中，多涂层材料是导电元素，选自钛、银、金、钼、铝、 锌、镁、铜、铁、铬、镍、钯、铅及其组合。11.权利要求8所述的光纤传感器中，多涂层为银涂层。12.权利要求3所述的光纤传感器中，多涂层为高分子材料涂层。13.权利要求5所述的光纤传感器中，多涂层长度大约为1.5mm,相邻涂层间距为 0. 5mmο14.权利要求3所述的光纤传感器中，多涂层长度大约为光纤传感器光栅长度的三分之一，相邻涂层间距也为光栅长度的三分之一。15.权利要求1所述的光纤传感器中，光纤表面周围含有半径递减带。16.权利要求15所述的光纤传感器中，光纤表面到带底部的深度可达40μ m。17.权利要求16所述的光纤传感器中，多元带的长度可达到光纤传感器光栅长度的三...
【专利技术属性】
技术研发人员：哈米德瑞萨·埃洛莫哈迈德，恩桑·托伊瑟卡尼，
申请(专利权)人：哈米德瑞萨·埃洛莫哈迈德，恩桑·托伊瑟卡尼，
类型：发明
国别省市：
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