[發(fā)明專(zhuān)利]用于高溫應(yīng)變測(cè)量的FP與Ⅱ型FBG復(fù)合傳感器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711419407.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107917674A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張鈺民;祝連慶;董明利;婁小平;宋言明;李紅;孫廣開(kāi)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/16
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/16
• 代理公司: 北京律恒立業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)11416
• 代理人: 顧珊,龐立巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，具體涉及一種用于高溫應(yīng)變測(cè)量的FP與Ⅱ型FBG復(fù)合傳感器。

背景技術(shù)

應(yīng)變，是指材料在外力和非均勻溫度場(chǎng)等因素作用下，產(chǎn)生變形的程度。高溫應(yīng)變測(cè)量，是指對(duì)工作溫度高于500℃的被測(cè)對(duì)象進(jìn)行的應(yīng)變測(cè)量，如對(duì)工作狀態(tài)下的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、超臨界發(fā)電機(jī)進(jìn)行的應(yīng)變測(cè)量。

基于電阻應(yīng)變片的應(yīng)變電測(cè)系統(tǒng)，在高于500℃的溫度環(huán)境下，受電磁輻射干擾后，電阻應(yīng)變片的測(cè)試穩(wěn)定性較差，存活率也較低，且電阻應(yīng)變片的電阻值受溫度影響較大。

在光纖測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，寬帶光源是光纖測(cè)量系統(tǒng)的必須組件。在其他條件相同的情況下，寬帶光源產(chǎn)生的寬帶入射光，光譜范圍越寬，光纖測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度更高，測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。

因此，對(duì)基于光纖法珀傳感器的應(yīng)變光測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行入射光改進(jìn)，是光纖測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域期望解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種用于高溫應(yīng)變測(cè)量的FP與Ⅱ型FBG復(fù)合傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)高溫環(huán)境中溫度應(yīng)變的測(cè)量。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種用于高溫應(yīng)變測(cè)量的FP與Ⅱ型FBG復(fù)合傳感器，其中所述復(fù)合傳感器包括，第一FBG光纖，第二光纖，純石英毛細(xì)管，陶瓷膠；

所述復(fù)合傳感器的制作方法包括以下步驟：

1)將刻寫(xiě)的第一FBG光纖光柵穿入純石英毛細(xì)管；

2)將距離所述第一FBG柵區(qū)5mm的位置處切掉光纖，并將第一FBG固定于石英毛細(xì)管中央；

3)將一段端面平整的第二光纖穿入石英毛細(xì)管的另外一側(cè)，與第一FBG端光纖形成FP復(fù)合傳感器；

4)通過(guò)高溫應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)觀(guān)察所述FP復(fù)合傳感器的反射譜，調(diào)整第一FBG光纖和第二光纖位置至最優(yōu)位置；

5)將陶瓷膠涂覆于第一FBG光纖、第二光纖和石英毛細(xì)管中，并進(jìn)行固化。

優(yōu)選的，步驟5)所述的陶瓷膠固化的步驟包括：常溫固化10小時(shí)后，93.3℃固化3小時(shí)，121.1℃固化3小時(shí)。

優(yōu)選的，步驟4)所述的高溫應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)包括依次連接的寬帶光源，環(huán)形器，F(xiàn)P復(fù)合傳感器，光譜儀。

優(yōu)選的，所述第一FBG光纖為入射光纖，所述第二光纖為反射光纖。

優(yōu)選的，所述第一FBG光纖光柵通過(guò)紅外飛秒激光進(jìn)行刻寫(xiě)。

復(fù)合傳感器在高溫應(yīng)變測(cè)量時(shí)，溫度變化量和熱應(yīng)力滿(mǎn)足下式：

在進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，光纖光柵測(cè)量出的溫度變化為：

其中Δλ_B為解調(diào)儀解調(diào)出的中心波長(zhǎng)變化量，α為第一FBG的熱膨脹系數(shù)，ξ為熱光系數(shù)，λ_B為第一FBG的布拉格中心波長(zhǎng)；

在進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量時(shí)，其中：

被測(cè)物的熱應(yīng)變?chǔ)?sub>thermal＝α_object×ΔT (2)

其中α_object為被測(cè)物的熱膨脹系數(shù)，ΔT為第一FBG所測(cè)得的溫度變化。

本發(fā)明的有益效果；本發(fā)明提供一種用于高溫應(yīng)變測(cè)量的FP與Ⅱ型FBG復(fù)合傳感器，通過(guò)采用陶瓷膠將Ⅱ型FBG傳感器和FP傳感器進(jìn)行有效封裝，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫環(huán)境下的溫度測(cè)量和應(yīng)變測(cè)量。所述封裝結(jié)構(gòu)中Ⅱ型FBG傳感器用于溫度測(cè)量，F(xiàn)P傳感器用于溫度和應(yīng)變測(cè)量，通過(guò)光譜儀中解調(diào)的光譜信息，可實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變的分離。所述方法中采用的光纖及陶瓷膠均可在高溫環(huán)境中工作，可實(shí)現(xiàn)在1000度高溫下的溫度和應(yīng)變測(cè)量。

應(yīng)當(dāng)理解，前述大體的描述和后續(xù)詳盡的描述均為示例性說(shuō)明和解釋?zhuān)⒉粦?yīng)當(dāng)用作對(duì)本發(fā)明所要求保護(hù)內(nèi)容的限制。

附圖說(shuō)明

參考隨附的附圖，本發(fā)明更多的目的、功能和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)本發(fā)明實(shí)施方式的如下描述得以闡明，其中：

圖1示意性示出本發(fā)明復(fù)合傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示意性示出本發(fā)明復(fù)合傳感器封裝后的光譜示意圖；

圖3示意性示出本發(fā)明第一FBG中心波長(zhǎng)與溫度變化的曲線(xiàn)圖；

圖4示意性示出本發(fā)明復(fù)合傳感器反射譜與溫度變化的曲線(xiàn)圖。

具體實(shí)施方式

通過(guò)參考示范性實(shí)施例，本發(fā)明的目的和功能以及用于實(shí)現(xiàn)這些目的和功能的方法將得以闡明。然而，本發(fā)明并不受限于以下所公開(kāi)的示范性實(shí)施例；可以通過(guò)不同形式來(lái)對(duì)其加以實(shí)現(xiàn)。說(shuō)明書(shū)的實(shí)質(zhì)僅僅是幫助相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員綜合理解本發(fā)明的具體細(xì)節(jié)。

在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同或類(lèi)似的部件，或者相同或類(lèi)似的步驟。