[實用新型]單套管蝕刻式光纖光柵溫度增敏傳感器

無效

• 申請號: 200920110707.2
• 申請日: 2009-08-06
• 公開（公告）號: CN201464078U
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 李闊;周振安
• 申請（專利權）人: 中國地震局地殼應力研究所
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本實用新型涉及光纖傳感器，尤其是雙金屬光纖光柵溫度增敏傳感器。

二、技術背景

光纖光柵具有許多其它傳感器無法比擬的優點：全光測量，在監測現場無電氣設備，不受電磁及核輻射干擾；零點無漂移，長期穩定；以反射光的中心波長表征被測量，不受光源功率波動、光纖微彎效應及耦合損耗等因素的影響；絕對量測量，系統安裝及長期使用過程中無需定標；使用壽命長等等。

光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，即外界入射光子和纖芯相互作用而引起后者折射率的永久性變化，用紫外激光直接寫入法在單模光纖的纖芯內形成的空間相位光柵，其實質是在纖芯內形成一個窄帶的濾光器或反射鏡。光纖光柵屬于反射型工作器件，當光源發出的連續寬帶光通過傳輸光纖射入時，它與光柵發生耦合作用，光柵對該寬帶光有選擇地反射回相應的一個窄帶光，并沿原傳輸光纖返回；其余寬帶光則直接透射過去。反射回的窄帶光的中心波長值(也叫Bragg波長)為：

λ_B＝2n_effΛ

上式中，n_eff為FBG的有效反射系數，Λ為FBG的相鄰兩個柵隔之間的幾何距離。當溫度變化時，引起返回波長變化量相對溫度變化量的靈敏度為：

Δλ_B/ΔT＝[(1-P_e)ε+ζ]λ_B????(1)

其中，P_e為FBG的有效彈光常數；ε為單位溫度變化下FBG的應變量；ζ為FBG的熱光系數。

FBG固有的溫度分辨率很低，約0.1℃/pm。這在很多應用領域都無法滿足要求。因此，很多研究人員就提高其溫度靈敏度做了很多工作。FBG溫度傳感器增敏的原理是利用FBG對溫度和應變同時敏感的特性，通過合理的結構設計，把FBG和高熱膨脹系數材料封裝在一起。當被測溫度變化時，通過高熱膨脹系數材料的形變向FBG施加一個應變量，使得FBG的返回波長變化量加大。

三、實用新型內容

本實用新型提供了一種單套管蝕刻式光纖光柵溫度增敏傳感器，包括光纖光柵和大熱膨脹系數套管，所述光纖光柵的兩端固定在所述套管的兩端，且在其內部，其特征在于：所述光纖光柵的柵區部分因為經過蝕刻所以直徑小于所述光纖光柵的其它部分。

當溫度變化時，大熱膨脹系數套管的長度發生較大變化，而光纖的熱膨脹系數小，因受熱產生的長度變化較小。因套管的兩端和光纖光柵的兩端是固定在一起的，故在光纖光柵被拉緊后，套管長度的變化被轉移到光纖光柵。又因為光纖光柵的柵區部分的直徑小于其它部分，所以在被套管拉動的過程中，其應變變化更大。因此，該傳感器的溫度靈敏度顯著提高。

這種設計得主要優點是結構簡單，且能顯著提高光纖光柵傳感器的溫度靈敏度。

四、附圖說明

附圖是單套管蝕刻式光纖光柵溫度增敏傳感器的結構示意圖。

其中，1為光纖光柵，2為光纖光柵的柵區部分，3為大熱膨脹系數套管，4為固定點，5為傳感器尾纖。

五、具體實施方案

該傳感器包括光纖光柵和大熱膨脹系數套管。先用化學溶液對光纖光柵的柵區部分進行蝕刻，使其直徑變小。根據需求的溫度靈敏度，決定其直徑的蝕刻量和套管的長度及套管的熱膨脹系數。需求的溫度靈敏度越高：蝕刻量越大，套管長度越長，套管熱膨脹系數越大。

當溫度變化時，大熱膨脹系數套管的長度發生較大變化，而光纖的熱膨脹系數小，因受熱產生的長度變化較小。因套管的兩端和光纖光柵的兩端是固定在一起的，故在光纖光柵被拉緊后，套管長度的變化被轉移到光纖光柵。又因為光纖光柵的柵區部分的直徑小于其它部分，所以在被套管拉動的過程中，其應變變化更大。因此，該傳感器的溫度靈敏度顯著提高。

本實例詳細地給出了單套管蝕刻式光纖光柵溫度增敏傳感器的制作方法。