[發(fā)明專利]一種在極端低溫環(huán)境下使用的光柵花多功能傳感器

有效

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• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107356351B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 胡強;王省哲;關明智
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: G01K11/3206
• 分類號: G01K11/3206;G01L1/24
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 宋敏

本發(fā)明公開了一種在極端低溫環(huán)境下(77K～4.2K)使用的光柵花多功能傳感器，包括多個刻有不同初始波長的布拉格光纖光柵，多個布拉格光纖光柵的光信號通過光纖分光器匯集到輸出光纖，多個布拉格光纖光柵位于二維面上或三維空間內，用于測量及監(jiān)測包括平面和弧面的多方向應變和溫度、空間三維方向的多方向應變和溫度以及結構/材料內部的多方向應變和溫度。本發(fā)明克服了在極端低溫環(huán)境下(77K～4.2K)現有技術中布拉格光纖光柵傳感器的力學性能差、復雜的多方向、多物理量的測量方法以及不能實現空間三維方向的應變和溫度測量等不足，實現了在極端低溫環(huán)境下平面和弧面、空間三維方向以及結構/材料內部的多方向應變和溫度的同步測量及監(jiān)測等多功能優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及傳感器技術領域，具體的說是一種在極端低溫環(huán)境下使用的光柵花多功能傳感器。

背景技術

布拉格光纖光柵傳感器，屬于光纖傳感器的一種，其傳感過程是通過外界物理量對布拉格光纖光柵波長的調制來獲取傳感信息，可實現對溫度、應變等物理量的直接測量。

現有技術中，布拉格光纖光柵傳感器主要針對被測結構或材料進行單一方向、單一物理量的測量或監(jiān)測，使用溫度范圍大都在77K以上，且以結構或材料表面的物理量測量為主。綜上所述，在極端低溫環(huán)境(77K～4.2K)下，在實現本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現現有技術中至少存在以下缺陷：

(1)不能實現空間三維方向和結構/材料內部的應變和溫度的測量及監(jiān)測：在極端低溫環(huán)境(77K～4.2K)下，目前的布拉格光纖光柵傳感器只是針對結構/材料表面進行單一方向、單一物理量的測量，不能實現空間三維方向和結構/材料內部的應變和溫度的測量及監(jiān)測；

(2)極端低溫環(huán)境下(77K～4.2K)布拉格光纖光柵的力學性能不好：目前以布拉格光纖光柵傳感技術為基礎的應變及溫度傳感器，其使用的溫度范圍大都在77K以上，但是在極端低溫環(huán)境下(77K～4.2K)，由于布拉格光纖光柵本身為脆性材料，同時使用了在極端低溫環(huán)境下(77K～4.2K)力學性能較差的涂層材料(或封裝材料)，會導致布拉格光纖光柵的解調信號出現“多峰現象”，甚至會損壞布拉格光纖光柵。

(3)復雜的多方向、多物理量的同步測量及監(jiān)測的方法：在極端低溫環(huán)境下(77K～4.2K)下，目前的布拉格光纖光柵傳感器若要實現“定點”處多方向和多物理量的測量或監(jiān)測，一般采用以下兩種方式：

一種是運用多個單點式布拉格光纖光柵傳感器(一根光纖上只有一個布拉格光柵傳感器)配合/組合使用，分別以不同的角度安裝在被測物體表面，用于測量應變或溫度，但這種方式極大的增加了輸出光纖(用來傳輸光信號到光纖解調儀上)的數量，給實驗操作帶來極大的不便；

另一種方式是運用準分布式光纖光柵傳感器，這種結構的傳感器是將多個布拉格光柵傳感器沿著光纖每間隔一段距離，依次排列在一根光纖上，這種結構的傳感器在進行“定點”測量時需要將其所有的布拉格光纖光柵“彎轉移動”到“定點”位置處，但這種做法不但會導致錯綜復雜的光纖走線，而且極有可能在極端低溫環(huán)境下(77K～4.2K),由于光纖的“彎轉半徑”過小而破壞光纖，給實驗操作帶來極大的不便；

另外，在變低溫環(huán)境下，目前的布拉格光纖光柵傳感器在進行應變測量或監(jiān)測時需要進行溫度補償，這又為實驗操作帶來了極大的不便。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供了一種在極端低溫環(huán)境下(77K～4.2K)使用的光柵花多功能傳感器，不僅能夠在極端低溫環(huán)境(77K～4.2K)下工作，而且能夠實現二維面上或三維空間內的多方向、多角度的應變和溫度的測量及監(jiān)測。