[發明專利]一種超低溫下光纖光柵應變靈敏度的測量裝置和方法

有效

• 申請號: 202110642103.8
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113503827B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 高紅春;唐才杰;李保勇;易小龍;藍天;崔留住;卞賀明;王甫;薛淵澤;梁宏光
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

1.一種超低溫下光纖光柵應變靈敏度的測量裝置，其特征在于：包括光纖(1)、光纖光柵(2)、毛細管(3)、石英基底(4)、粘接膠(5)、光纖光柵溫度傳感器(6)；光纖(1)上部分刻寫有光纖光柵(2)，光纖光柵(2)置于毛細管(3)的內部，室溫條件下光纖光柵(2)受到預加載的拉應力，光纖光柵(2)兩端的光纖(1)、毛細管(3)通過與測量裝置使用溫度范圍適應的粘接膠(5)固定在石英基底(4)上，光纖光柵溫度傳感器(6)粘貼固定于石英基底(4)；

所述的超低溫為溫度不高于-100℃；光纖光柵溫度傳感器(6)與光纖光柵(2)之間的距離不超過5mm。

2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述毛細管(3)的內徑大于光纖光柵的外徑且小于等于光纖光柵(2)外徑的1.5倍，毛細管(3)內表面和光纖光柵(2)外表面之間為空氣。

3.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述毛細管(3)采用彈性模量不低于1GPa的材料。

4.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：常溫條件下光纖光柵(2)受到預加載的拉應力，該拉應力的值利用光纖光柵(2)在室溫條件下的應變標定數據測量出。

5.一種超低溫下光纖光柵應變靈敏度的測量方法，其特征在于包括如下步驟：

在權利要求1所述的測量裝置制作過程中，記錄室溫下光纖光柵溫度傳感器的初始波長λ_T0、光纖光柵的初始波長λ_ε0,T0、光纖光柵施加預應變后的波長λ_ε,T0；

將權利要求1所述的測量裝置置于待測量的超低溫條件T下，待溫度穩定后記錄光纖光柵的波長λ_ε,T和光纖光柵溫度傳感器的波長λ_T；

在室溫下對光纖光柵進行應變標定，得到室溫下應變靈敏度系數K_ε,T0；

根據上述光纖光柵溫度傳感器室溫下的初始波長λ_T0、超低溫T下的波長λ_T、光纖光柵室溫下的初始波長λ_ε0,T0、光纖光柵施加預應變后的波長λ_ε,T0、光纖光柵超低溫T下的波長λ_ε,T以及室溫下應變靈敏度系數K_ε,T0，確定光纖光柵在超低溫T下的應變靈敏度K_ε,T。

6.根據權利要求5所述的測量方法，其特征在于：光纖光柵在超低溫T下的應變靈敏度K_ε,T表示為

7.根據權利要求5所述的測量方法，其特征在于：通過下述步驟得到所述的測量裝置：

a)將光纖光柵(2)插入毛細管(3)，柵區位于毛細管(3)中央位置；

b)利用光纖光柵解調儀記錄室溫下光纖光柵(2)的初始波長λ_ε0,T0，光纖光柵溫度傳感器(6)的初始波長λ_T0；

c)將光纖(1)的一端固定于光學平臺，另一端固定于微位移平臺，調節微位移平臺，對光纖光柵(2)施加預應變；

d)利用粘接膠(5)將光纖光柵(2)兩端的部分光纖、毛細管(3)粘貼固定于石英基底(4)，粘接膠(5)的厚度恰好覆蓋光纖和毛細管(3)；

e)待粘接膠(5)固化完成后，記錄施加預應變的光纖光柵(2)的波長λ_ε,T0；

f)將光纖(1)的兩端從光學平臺和微位移平臺上取下，將光纖光柵溫度傳感器靠近光纖光柵粘貼。