[發明專利]一種光纖光柵壓強傳感器

無效

• 申請號: 200610164882.0
• 申請日: 2006-12-07
• 公開（公告）號: CN101196426A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 劉麗輝;李芳;劉育梁
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02;G01L19/04;G01D5/353;G02B6/34
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周長興

技術領域

本發明屬于光電子測試領域，具體地涉及一種基于光纖光柵的光纖壓強傳感器。

本發明還涉及上述壓強傳感器用于對液體和氣體動態壓強的測量方法。

背景技術

光纖光柵是用紫外曝光等方法在光纖上寫制光柵的一種光子器件。其對外界壓力、應變、溫度等因素具有敏感的特點，已應用于傳感領域中。由于其波長解調不受光強影響、小巧、耐腐蝕、抗輻射、抗電磁干擾能力強等優點，在一些領域里(如水下探測、電廠、航空等)成為不可替代的傳感器件，有著重要的實用價值。通常裸光纖光柵對壓力的靈敏度很低，只有-2.05×10^-6/Mpa，很難將其用作高靈敏度、低壓范圍的壓強傳感器。因此提高光纖光柵壓力靈敏度可以大大擴展光纖光柵作為壓強傳感器應用范圍。

實用新型專利號ZL?200320112393.2中提到的采用金屬桶封裝，并用兩種聚合物對一根光纖光柵進行分段封裝，這種封裝方式不僅提高了封裝難度，且其報道的壓強增敏效果只是裸光柵的13.5倍。

光纖光柵壓強傳感器存在交叉敏感問題，即光纖光柵對溫度和應變都敏感無法區分，嚴重影響了光纖光柵在傳感領域中的應用。為此人們提出了許多解決交叉敏感問題的方法。實用新型專利號ZL?200320112393.2中提到的采用金屬桶封裝，并用兩種聚合物對一根光纖光柵進行分段封裝，這種封裝方式雖然對去除溫度交叉敏感效應具有一定的效果，但將一根長只有約2cm左右的光柵進行封裝，這樣又提高了封裝技術難度。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出了一種光纖光柵壓強傳感器。

本發明的又一目的在于提供上述光纖光柵壓強傳感器對液體和氣體動態壓強的測量方法。

為實現上述目的，本發明提供的光纖光柵壓強傳感器，其結構為：

兩根不同波長的第一光纖光柵和第二光纖光柵，串接在同一根光纖上，第一光纖光柵封裝在毛細管內，以屏蔽外界的壓強；

在第一光纖光柵和第二光纖光柵處用低彈性模量的膠封灌固定在一金屬桶狀容器內部；

金屬桶側壁開有壓力孔，并在金屬桶的一端或兩端留有空氣腔；

第一光纖光柵和第二光纖光柵的另一端分別延伸出金屬桶狀容器外，形成兩個端口。

所述的光纖光柵壓強傳感器，其中：光纖光柵為布喇格光纖光柵。

所述的光纖光柵壓強傳感器，其中：金屬桶側面開有一個或多個長孔。

所述的光纖光柵壓強傳感器，其中：金屬桶側面的壓力孔位于第二光纖光柵處。

所述的光纖光柵壓強傳感器，其中：在空氣腔和封灌膠的界面處粘有中間開孔的金屬或塑料薄片，第二光纖光柵的一端固定在該金屬或塑料薄片的孔中。

所述的光纖光柵壓強傳感器，其中：在金屬桶一端加上螺帽或端蓋，形成一個封閉的空氣腔。

所述的光纖光柵壓強傳感器，其中：封灌用的低彈性模量膠為壓強敏感型膠。

本發明的光纖光柵壓強傳感器的使用方法，其中：將光纖光柵壓強傳感器其中任一個端口與2×2或1×2的光纖耦合器或光環行器的一端連接，光纖耦合器或光環行器另外兩端分別與入射光源和光探測器連接，當外界壓強發生變化時，使光纖光柵的波長發生漂移。通過探測波長的變化計算出被測壓強的變化量。

所述的使用方法，其中：入射光源為寬帶光源或可調諧激光器。

所述的使用方法，其中：光探測器為光纖光譜儀或多波長計。

本發明提供的免受溫度影響的壓強傳感器，經專利檢索未見有相同報道。

附圖說明

圖1是發明的壓強傳感器的結構圖，其中圖1a為傳感器的剖面圖，圖1b為外觀圖。

圖2是本發明的測量裝置圖。

圖3是本發明壓強測量曲線。

具體實施方式

本發明提出的基于光纖光柵的壓強傳感器，在較低壓強范圍內，既可以提高壓力靈敏度，又可以避免溫度交叉影響的問題。

其基本原理為：將光纖光柵封裝到一金屬桶中，金屬桶外側帶有壓力孔。將封裝膠填充到金屬桶，并在其一端留有一段空氣腔。壓力經封裝膠的應變帶動光纖光柵發生波長漂移。通過探測光纖光柵波長漂移量便可以計算出液體或氣體的壓力或壓強。

光纖光柵壓強傳感器主要包括單模光纖、光纖布喇格光柵、側面開孔的金屬桶、薄片、毛細玻璃管、增敏膠、密封膠等。其特點為：

將兩根光纖光柵一起封裝到側面開有壓力孔的金屬桶中。其中一根光柵用毛細玻璃管進行封裝，只在毛細玻璃管的兩端封一種硬度較高的膠。用以屏蔽外界應變，使其只對溫度敏感。同時對這兩根光纖光柵灌封彈性模量很低的膠，這種膠只對應變增敏，對溫度不敏感。