[實用新型]同時檢測應變與溫變的光纖傳感器

有效

• 申請號: 201120087481.6
• 申請日: 2011-03-29
• 公開（公告）號: CN202083491U
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 徐峻鋒;殷秀萍
• 申請（專利權）人: 徐峻鋒
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01L1/24;G01B11/16
• 代理公司: 深圳市威世博知識產權代理事務所(普通合伙) 44280
• 代理人: 何青瓦

技術領域

本實用新型涉及一種光纖傳感器件，特別是一種同時測量溫度變化和應力變化雙參數的光纖傳感器。

背景技術

光纖傳感器是光纖傳感器中引人注目和十分重要的一類傳感器件，使用光纖傳感器可對鋼結構/混凝土結構的應力和溫度變化進行測量。同時由于光纖傳感器采用光信號進行檢測和傳輸，因此可以通過波分復用的技術實現任意規模的組網，從而進行大范圍監控測量，因此該技術在測量、控制技術領域中，特別是在建筑、石油、采礦、化工、電力、交通等產業中得到了廣泛的應用。

光纖微柵的基本原理：在光纖纖芯內形成空間相位微柵，通常為布拉格微柵(Bragg微柵)，由于布拉格微柵的布拉格波長和波形同它所處環境的參數，如溫度、應力有著密切的關系，當該微柵所在的區域的溫度或應力發生改變時，該光纖的波長會發生相應的變化，通過對上述光纖微柵波長的變化情況監測，即可獲得傳感器安裝所在區域的溫度和應力變的變化情況。其檢測方法是采用所謂波長編碼，即以光纖微柵峰值波長作為傳感變量。但是由于光纖微柵對溫度和應變同時敏感，即溫度和應力變化會同時引起光纖微柵峰值波長的變化，這樣通過檢測單一光纖微柵峰值波長的變化是無法區分溫度和應力這二個參量的。這種交叉敏感效應嚴重影響著光纖微柵在傳感技術中的應用。

為了克服這種效應，人們已提出了幾種解決方案，實現同時測量溫度和應力的變化。1994年M.G.Xu等人在《Electronics?Letters》刊物第30(13)卷，第1085頁發表了一種解決方案，采用在光纖同一位置寫入兩個布拉格波長相差很大(450nm)的重疊短周期微柵，通過這兩種微柵峰值波長的變化對溫度和應力具有不同的響應，以此測定溫度和應力。這種方案的缺點在于在同一位置寫入兩個布拉格波長的復合光纖微柵的制備工藝復雜，復合光纖微柵制備費用高，測量中需用兩套寬帶光源，兩套光譜解調設備，整個系統的成本高。

1996年James.S.W等人在《Electronics?Letters》刊物第32(12)卷，第1133頁提出另一種方法，該方法是將兩段不同種類的光纖熔接，而后在熔接處寫入微柵，利用其相同周期而不同本底折射率，產生二個分離的布拉格衍射峰。這種方法的缺點是熔接質量的好壞將影響傳感器的壽命，而且兩段不同種類光纖的芯徑不同，會引入耦合損耗(實測為2dB)。

1998年Yu?Lung?Lo在《Optical?Engineering》刊物第37(8)卷，第2272頁提出又一種方法，該方法是將一根常規短周期光纖微柵先加應力拉伸，將其一部分粘固在樣品上，而后撤掉外加應力，利用粘在樣品上的微柵的周期大于自由部分的周期，產生兩個不同的布拉格衍射峰，通過其對溫度和應力的響應差異，達到同時測量溫度和應變的目的。雖然此方法比較簡單，但作為實際應用，應力的測量范圍會受到限制，同時對波長的解調技術要求很高，另外，這樣處理后的拉伸段光纖的芯徑比自由部分的要小，影響光纖的機械強度。

以上缺陷制約了光纖傳感器在產業中的應用。鑒于以上現有技術的種種不足，本實用新型提供一種制作工藝簡單，可同時測量溫度和應力的變化的光纖傳感器。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種光纖傳感器，它不僅能進行溫度和應力傳感檢測，而且制備工藝簡單，成本低，工作穩定可靠。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是：提供一種光纖傳感器，包括：一個光纖，光纖上設置有相隔預定距離的第一布拉格微柵部和第二布拉格微柵部，第一布拉格微柵部的波長和第二布拉格微柵部的波長之間具有一波長差；一個彈性梁，包括測溫光纖承載區、測應變光纖承載區以及位于測溫光纖承載區和測應變光纖承載區之間的彈性伸縮區，光纖的第一布拉格微柵部呈自由態的設置在測溫光纖承載區上，位于第一布拉格微柵部與第二布拉格微柵部之間的光纖連續的固定在彈性伸縮區和測應變光纖承載區上；彈性梁設置在被測物體上，由于被測物體形變導致彈性梁向軸向收縮或伸長，軸向應變力引起第二布拉格微柵部的波長發生變化，第二布拉格微柵部的波長的變化指示軸向應變力的變化；被測物體的環境溫度變化引起第一布拉格微柵部的波長發生變化，第一布拉格微柵部的波長的變化指示被測物體的環境溫度變化。

根據本實用新型的優選實施例，彈性梁為金屬彈性梁，金屬彈性梁沿著其軸向設置有一個凹槽，凹槽貫穿測溫光纖承載區、測應變光纖承載區和彈性伸縮區，光纖容納在凹槽中。

根據本實用新型的優選實施例，彈性伸縮區包括一個蛇形彈簧區，蛇形彈簧區響應軸向應變力作軸向壓縮或拉伸。