[發明專利]集成式光纖應變與溫度傳感器裝置

有效

• 申請號: 00113188.5
• 申請日: 2000-09-15
• 公開（公告）號: CN1343873A
• 公開（公告）日: 2002-04-10
• 發明（設計）人: 饒云江
• 申請（專利權）人: 饒云江
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 重慶華科專利事務所
• 代理人: 康海燕

本發明涉及一種光纖傳感器，具體涉及一種集成式光纖應變與溫度傳感器裝置，屬于光纖傳感領域。

在大型現代化工程結構，如橋梁、大壩、高層建筑、飛機、艦艇等的安全性保障中，應變監測是必不可缺少的手段，在各類結構的生產過程及建造完后的使用過程中均需應變監測以保證建造與運行質量。傳統的電阻應變片已在實際中得到了廣泛的應用，但與光纖應變傳感器相比仍存在連線太多、抗電磁干擾能力差、抗腐蝕性差、壽命較短等不足。對于準靜態及靜態應變測量而言，在實際應用中溫度的影響是比較大的，因此如何修正由于環境溫度的變化而引進的應變測量誤差是個十分重要的問題。中國專利號95192033公開的“能夠利用單個衍射光棚進行形變和溫度測量的埋藏式光學傳感器”，其運用雙折射原理，采用的是單個傳感器，在使用中應變與溫度信號之間串擾大，精度不高。另外，在已有的多種光纖應變與溫度同時測最技術的報道中，也普遍存在集成度不高、空間分辨率受限、難于應用到需埋入材料之內的問題。

本發明的目的在于克服現有技術上述之不足，提供一種集成度高、無串擾、穩定性好、結構工藝簡單、低成本的集成式光纖應變與溫度傳感器裝置。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種集成式光纖應變與溫度傳感器裝置，包括光纖琺——珀干涉應變傳感器和寬帶光纖光柵，其特征在于：所述光纖琺——珀干涉應變傳感器4連接寬帶光纖耦合器7，所述寬帶光纖耦合器7再分別連接兩個波分復用耦合器6，其中一只波分復用耦合器分別連接波長不同的寬帶光源11、12，另一只波分復用耦合器6分別連接光譜儀10和通過作為調解器件的寬帶光柵8連到光電探測器9，所述光纖琺——珀干涉應變傳感器外部為一石英毛細管1，管內有一由單模光纖5端面與另一多模光纖3端面形成的兩個反射面構成的腔體，所述石英毛細管1通過激光焊接及膠合將所述單模光纖5與多模光纖3連成一體，一寬帶光纖光柵2被置于所述單模光纖5上距端頭0～10毫米處。所述寬帶光纖光柵2的帶寬為2～20nm，波長范圍為0.8～1.6μm，長度為0.2-1cm。所述單模光纖5端面與另一多模光纖3端面的間距為100-400μm。所述石英毛細管1的長度為2-5cm，外徑為300μm，內徑為150μm。所述寬帶光纖耦合器7的波長為1.3μm/1.55μm。所述波分復用耦合器6的波長為1.3μm/1.55μm。所述寬帶光源11、12的波長分別為1.3μm和1.55μm。

本發明集成式光纖應變與溫度傳感器裝置巧妙地將寬帶光纖光柵溫度傳感元件集成在光纖琺—珀干涉傳感器內從而實現很小局部的應變及溫度同時測量，具有集成度高、體積小、易制造、穩定性好等突出特點；并且創造性地應用波分復用結構，極有效地解決了光纖琺——珀干涉傳感器與寬帶光纖光柵在應變測量中的串擾問題。因此本發明在結構健康監測、材料加工過程實時監測、智能結構等方面將發揮重要的作用。

下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述：

圖1為集成式光纖應變與溫度傳感器裝置結構示意圖。

圖2為光纖琺——珀干涉應變傳感器放大結構示意圖。

參見圖1，本發明集成式光纖應變與溫度傳感器裝置包括光纖琺——珀干涉應變傳感器和一寬帶光纖光柵，光纖琺——珀干涉應變傳感器4連接寬帶光纖耦合器7，寬帶光纖耦合器7再分別連接兩個波分復用耦合器6，其中一只波分復用耦合器6分別連接波長不同的寬帶光源11和12，另一只波分復用耦合器6分別連接光譜儀10，并通過作為調解器件的寬帶光柵8連到光電探測器9。

參見圖2，光纖琺——珀干涉應變傳感器外部為一石英毛細管1，管內有一由單模光纖5端面與另一多模光纖3端面形成的兩個反射面構成的腔體，一寬帶光纖光柵2被置于單模光纖5上距端頭0～10毫米處。

實施例：

將光纖琺—珀干涉應變傳感器4直接粘附或埋入材料及結構中，測量時將2×2寬帶光纖耦合器7接入傳感器4，應用波分復用6將從光纖琺——珀干涉腔及寬帶光纖光柵2返回的信號分開以分別測量，這里寬帶光柵為1.55μm，光纖琺——珀腔用1.3μm波長。由光纖琺——珀干涉腔長變化就可測出應變的大小，而該腔長與寬帶光纖光柵2的中心波長均可用一個光譜儀10來完成測量，故信號處理系統簡單、實用。此外寬帶光纖光柵2由于溫度變化而引起的波長變化，可用一個等同的寬帶光柵8作調解器件，利用光強變化實現測量，使信號處理更加簡單、快速。本發明集成式光纖應變與溫度傳感器裝置應用于復合材料的應變與溫度同時測量，應變精度可達±20με，溫度為±1℃；應變測量范圍±2με，溫度范圍±450℃。