[發明專利]用于高溫應變測量的FP與再生FBG復合傳感器

在審

• 申請號: 201711420200.2
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108195299A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 祝連慶;張鈺民;婁小平;董明利;何巍;李紅;孫廣開
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01K11/32
• 代理公司: 北京律恒立業知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11416
• 代理人: 顧珊;龐立巖

本發明公開了一種用于高溫應變測量的FP與再生FBG復合傳感器，包括第一FBG光纖，第二光纖，純石英毛細管，陶瓷膠。本發明采用陶瓷膠將再生FBG傳感器和FP傳感器進行有效封裝，所述再生FBG傳感器用于溫度測量，FP傳感器用于溫度和應變測量，通過光譜儀中解調的光譜信息，可實現溫度和應變的分離。所述方法中采用的光纖及陶瓷膠均可在高溫環境中工作，可實現在1000度高溫下的溫度和應變測量。

技術領域

本發明涉及光纖傳感領域，具體涉及一種用于高溫應變測量的FP與再生FBG復合傳感器。

背景技術

應變，是指材料在外力和非均勻溫度場等因素作用下，產生變形的程度。高溫應變測量，是指對工作溫度高于500℃的被測對象進行的應變測量，如對工作狀態下的飛機發動機、核動力發動機、超臨界發電機進行的應變測量。

基于電阻應變片的應變電測系統，在高于500℃的溫度環境下，受電磁輻射干擾后，電阻應變片的測試穩定性較差，存活率也較低，且電阻應變片的電阻值受溫度影響較大。

在光纖測量技術領域，寬帶光源是光纖測量系統的必須組件。在其他條件相同的情況下，寬帶光源產生的寬帶入射光，光譜范圍越寬，光纖測量系統的測量精度更高，測量結果更準確。

因此，對基于光纖法珀傳感器的應變光測系統進行入射光改進，是光纖測量技術領域期望解決的技術問題。

發明內容

本發明提供一種用于高溫應變測量的FP與再生FBG復合傳感器，能夠實現高溫環境中溫度應變的測量。

本發明的技術方案：一種用于高溫應變測量的FP與再生FBG復合傳感器，其中所述復合傳感器包括，第一FBG光纖，第二光纖，純石英毛細管，陶瓷膠；

所述復合傳感器的制作方法包括以下步驟：

1)將刻寫的第一FBG光纖光柵穿入純石英毛細管；

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

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

4)通過高溫應變測量系統觀察所述FP復合傳感器的反射譜，調整第一FBG光纖和第二光纖位置至最優位置；

5)將陶瓷膠涂覆于第一FBG光纖、第二光纖和石英毛細管中，并進行固化。

優選的，步驟5)所述的陶瓷膠固化的步驟包括：常溫固化10小時后，93.3℃固化3小時，121.1℃固化3小時。

優選的，步驟4)所述的高溫應變測量系統包括依次連接的寬帶光源，環形器，FP復合傳感器，光譜儀。

優選的，所述第一FBG光纖為入射光纖，所述第二光纖為反射光纖，所述第一FBG為再生FBG。

優選的，復合傳感器在高溫應變測量時，溫度變化量和熱應力滿足下式：

在進行溫度測量時，光纖光柵測量出的溫度變化為：

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

在進行應變測量時，其中：

被測物的熱應變ε_thermal＝α_object×ΔT (2)

其中α_object為被測物的熱膨脹系數，ΔT為第一FBG所測得的溫度變化。