[發(fā)明專利]一種光纖F-P復合腔型高溫應(yīng)變傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810738431.6
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108759704B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 童杏林;方定江;張翠;鄧承偉;潘旭
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

本發(fā)明公開了一種光纖F?P復合腔型高溫應(yīng)變傳感器，包括第一單模光纖、第二單模光纖、多模光纖以及兩端具有開口的毛細玻璃管，光纖本身的材質(zhì)選用熔融SiO₂；第一單模光纖其中一個平整端面上鍍有固定反射率的介質(zhì)反射膜，第一單模光纖的鍍膜端面與第二單模光纖未鍍膜平整端面進行熔接；多模光纖的未鍍膜平整端面和第一單模光纖未鍍膜平整端面分別通過毛細玻璃管的兩端開口插入到毛細玻璃管腔體中，多模光纖和第一單模光纖插入到腔體中的兩端面平行對準且不接觸，多模光纖和第一單模光纖與毛細玻璃管通過膠粘方式連接，多模光纖的另一端面經(jīng)過激光開孔處理。本發(fā)明可以實現(xiàn)超高溫環(huán)境下溫度和大量程應(yīng)變的同時監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種光纖F-P復合腔型高溫應(yīng)變傳感器。

背景技術(shù)

隨著光纖制備技術(shù)和激光技術(shù)等光電子技術(shù)的發(fā)展，以光纖作為信息傳輸介質(zhì)的光通信技術(shù)及光纖傳感技術(shù)得到迅猛發(fā)展，并在航天、石油化工、安防監(jiān)測等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在光纖傳感技術(shù)中，光纖既可以作為傳輸光信息的介質(zhì)，同時通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝加工和材料摻雜等手段也可以作為探測外界物理量變化的敏感探測單元，即同時作為傳輸介質(zhì)和傳感單元。光纖F-P傳感器作為光纖傳感器的重要分支，其具有光纖傳感器的所有優(yōu)點，同時也具有其獨特優(yōu)勢，包括結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高、測量動態(tài)范圍大等，因此一直是光纖傳感器的重要研究方向。

目前國內(nèi)外主要研究的是溫度或應(yīng)力單值測量的高溫光纖傳感器，對于能在高溫環(huán)境下同時進行溫度和應(yīng)力測量的復合光纖傳感器研究較少。光纖傳感器盡管有很多優(yōu)點，但是在應(yīng)變測量過程中，應(yīng)力改變引起的參量變化與溫度變化導致的參量改變很難得到區(qū)分。這一交叉敏感現(xiàn)象很大程度上阻礙了光纖傳感行業(yè)的發(fā)展，限制了其在實際工程中的應(yīng)用，甚至成為光纖傳感領(lǐng)域的一個技術(shù)瓶頸。目前很多研究采用外部補償方式，即光纖F-P傳感器安裝位置附近同時安裝一個用于測量溫度的光纖布拉格光柵(FBG)傳感器。但光纖布拉格光柵(FBG)傳感器對環(huán)境溫度的測量速率慢于環(huán)境溫度或傳感器所安裝的基底溫度的變化速率，故這種方式測量實際應(yīng)力的誤差較大，且普通光纖布拉格光柵(FBG)傳感器只能夠短期的耐受200℃的溫度環(huán)境，限制了其在超高溫環(huán)境下的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出一種光纖F-P復合腔型高溫應(yīng)變傳感器，其第一單模光纖、第二單模光纖、多模光纖本身的材質(zhì)選用熔融SiO₂，其本身具有耐高溫性能，經(jīng)過一定的封裝增加其機械強度，就能長期在1000℃高溫環(huán)境下使用，能滿足高溫惡劣環(huán)境下的應(yīng)變、溫度同時監(jiān)測，測量靈敏度高、精度高。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：設(shè)計一種光纖F-P復合腔型高溫應(yīng)變傳感器，包括第一單模光纖、第二單模光纖、多模光纖以及兩端具有開口的毛細玻璃管，所述第一單模光纖、第二單模光纖、多模光纖本身的材質(zhì)選用熔融SiO₂；所述第一單模光纖其中一個平整端面上鍍有固定反射率的介質(zhì)反射膜，所述第一單模光纖的鍍膜端面與第二單模光纖未鍍膜平整端面進行熔接；所述多模光纖的未鍍膜平整端面和第一單模光纖未鍍膜平整端面分別通過毛細玻璃管的兩端開口插入到毛細玻璃管腔體中，所述多模光纖和第一單模光纖插入到腔體中的兩端面平行對準且不接觸，所述多模光纖和第一單模光纖與毛細玻璃管通過膠粘方式連接，所述多模光纖的另一端面經(jīng)過激光開孔處理。

優(yōu)選地，所述第一單模光纖其中一個平整端面上鍍有固定反射率的介質(zhì)反射膜，介質(zhì)反射膜的材料為TiO₂或TiO₂/SiO₂復合物。

優(yōu)選地，在所述毛細玻璃管腔體中通過多模光纖、第一單模光纖與毛細玻璃管的內(nèi)徑相匹配來實現(xiàn)多模光纖的未鍍膜平整端面和第一單模光纖未鍍膜平整端面保持平行及對準。

進一步地，所述多模光纖的纖芯直徑為50微米，包層外徑為125微米；所述第一單模光纖和第二單模光纖的纖芯直徑均為9微米，包層外徑均為125微米。