[發明專利]基于拉伸補償封裝技術的長周期光纖光柵高溫傳感器

無效

• 申請號: 201210004609.7
• 申請日: 2012-01-04
• 公開（公告）號: CN102564640A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 趙春柳;齊亮;于棟友;王雪萍
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G02B6/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，涉及基于拉伸補償封裝技術及長周期光纖光柵的高溫傳感器。?

背景技術

人們對溫度的測量已有四個多世紀的歷史，隨著科技進步，溫測要求越來越高，從而對傳感器也提出了更高的要求。尤其在一些特殊應用領域，工作環境中各種因素的影響將對溫度的測量造成一些特殊的困難，如油井深處高壓下的溫度測量，電力系統中強磁場下的溫度測量以及大型熔爐多場點的溫度測量。?

傳統的溫度傳感器不能在強電磁場環境中工作，多點測量的成本高，或因安裝等問題不能實現監測溫度的工作。相反，光纖傳感器以其抗電磁干擾、體積小、遙測、安全的優點在科研和工業應用中的地位日益突出。?

長周期光纖光柵(LPFG)諧振波長隨溫度變化而線性漂移，通過監測傳輸譜線損耗峰的漂移來實現溫度測量。利用高頻CO₂激光在單模光纖上寫入的長周期光纖光柵的溫度特性具有高溫穩定性，可以應用在紫外寫入的LPFG不能應用的高溫環境中。而且通過改變CO₂激光器的掃描周期可以控制損耗峰的起始位置，參數變化靈活，制作技術成熟，成本低。同時，長周期光纖光柵對導光方向沒有要求，方便工業安裝應用。然而，由于高頻CO₂激光器寫入的光柵存在自然彎曲，造成LPFG對彎曲的敏感，要求LPFG只能在拉直狀態下才能正常工作。這樣對LPFG的封裝工作帶來?困難，尤其在高溫環境中，由于通脹系數的不同，LPFG與固定材料在膨脹尺寸上不同步，造成LPFG彎曲，導致溫度測量不準確，甚至不能正常工作。基于LPFG市場開拓的迫切需求及高溫傳感器的廣闊應用前景，需要對LPFG的封裝進行特殊設計及優化。?

發明內容

本發明的目的就是為了克服高溫下長周期光纖光柵在進行溫度測量時出現的彎曲測不準甚至無法工作的問題，提供了基于拉伸補償封裝技術的長周期光纖光柵高溫傳感器。?

本發明為解決技術問題所采取的技術方案：?

基于拉伸補償封裝技術的長周期光纖光柵高溫傳感器包括寬帶光源、用高頻CO₂激光器寫入的長周期光纖光柵(LPFG)、光纖夾具、金屬腔體、小彈簧、光譜儀。?

兩個光纖夾具將LPFG固定；其中一個光纖夾具固定在金屬腔體內，另一個光纖夾具可以在金屬腔體內自由滑動并由小彈簧牽引；小彈簧的另一端與金屬腔體的內壁連接；LPFG的兩端分別從金屬腔體的兩端引出，分別與寬帶光源和光譜儀連接。?

本發明所具有的有益效果為：小彈簧的牽引作用使長周期光纖光柵在高溫測溫過程中始終處于拉直狀態，有效地解決了測量過程中長周期光纖光柵的彎曲以及降溫過程測量不準確的問題。同時長周期光纖光柵封裝在一個金屬腔體內，起到了保護整個傳感裝置的作用，體積小便于安裝。?

附圖說明

圖1為本發明的高溫傳感器的結構示意圖。?

其中：1—寬帶光源、2—光纖夾具(固定)、3—高頻CO₂寫入的長?周期光纖光柵、4—光纖夾具(滑動)、5—金屬腔體、6—小彈簧、7—光譜儀?

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步說明。?

參照附圖，具體實施是，將小彈簧6的兩端分別固定于金屬腔體4內壁和夾具4右端；用光纖夾具2將由高頻CO₂寫入的長周期光纖光柵3的一端單模光纖固定，保證柵區處于光纖夾具2和4之間；再用光纖夾具4將光纖光柵的另一端單模光纖固定，使得在小彈簧6產生拉力保證光柵的拉直狀態；將兩端的單模光纖從金屬空腔體兩端引出；光纖一端與寬帶光源1連接，另一端與光譜儀連接；最后，將金屬外殼粘合密封。?

本裝置的工作方式：寬帶光源發出的寬帶光透過長周期光纖光柵，經過光柵的作用，入射到光譜儀，用來監測光譜圖中損耗峰的變化。該裝置正是通過監測損耗峰的漂移實現溫度傳感。?

該裝置能夠實現高溫傳感的關鍵技術為：裝置內小彈簧提供的牽引力在高溫測溫過程中可以保證LPFG處于拉直狀態，這樣消除了環境中造成LPFG彎曲及擾動等不理因素；由于金屬具有較好的熱導性，金屬腔體保證了LPFG對外界溫度的實時監測，同時起到保護作用。?

本實施例中整個傳感器體積為5cm×0.5cm×0.5cm，光纖夾具體積0.5cm×0.5cm×0.5cm，光柵柵區長度約為2cm；小彈簧的彈性系數為-20N/m，長度為1.5cm。?