[發(fā)明專利]一種高溫EFPI型光纖應(yīng)變傳感器及其制備方法

在審

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• 申請日: 2021-12-24
• 公開（公告）號: CN114509016A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊浩;毛國培;李金洋;馬驄;史青
• 申請（專利權(quán)）人: 北京遙測技術(shù)研究所;航天長征火箭技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G02B6/255;G02B6/245;G02B6/25;G02B26/00
• 代理公司: 北京巨弘知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11673
• 代理人: 張婧

1.一種高溫EFPI型光纖應(yīng)變傳感器，其特征在于：包括光纖(1)，設(shè)置在所述光纖(1)外部的纖維套管(2)，依次設(shè)置在所述纖維套管(2)一端的保護(hù)管(3)、光纖跳線(4)，依次設(shè)置在所述纖維套管(2)另一端的金屬管(5)、氧化鋁陶瓷插芯(6)，設(shè)置在所述氧化鋁陶瓷插芯(6)一側(cè)的陶瓷棒(7)和設(shè)置在所述金屬管(5)、所述氧化鋁陶瓷插芯(6)、所述陶瓷棒(7)下部的應(yīng)變拉伸彈片組件(8)；

所述光纖(1)一端與所述光纖跳線(4)連接、另一端依次穿過所述金屬管(5)、所述氧化鋁陶瓷插芯(6)并露出光纖端面，陶瓷棒(7)的端面與所述光纖端面平行相對、距離為L，L為EFPI型光纖應(yīng)變傳感器腔長；

所述保護(hù)管(3)用于保護(hù)所述光纖(1)與所述光纖跳線(4)的連接處，所述金屬管(5)用于保護(hù)所述光纖(1)與所述氧化鋁陶瓷插芯(6)的連接處；

所述應(yīng)變拉伸彈片組件(8)包括用于固定所述光纖(1)、所述金屬管(5)和所述氧化鋁陶瓷插芯(6)的第一應(yīng)變拉伸彈片(81)，用于固定所述陶瓷棒(7)的第二應(yīng)變拉伸彈片(82)和連接所述第一應(yīng)變拉伸彈片(81)、所述第二應(yīng)變拉伸彈片(82)的矩形彈簧結(jié)構(gòu)(83)，所述光纖端面和所述陶瓷棒(7)的端面均設(shè)置在所述矩形彈簧結(jié)構(gòu)(83)上，所述第一應(yīng)變拉伸彈片(81)和所述第二應(yīng)變拉伸彈片(82)均為平面結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫EFPI型光纖應(yīng)變傳感器，其特征在于：所述光纖(1)為鍍金光纖，所述應(yīng)變拉伸彈片組件(8)的材質(zhì)為GH4169或GH3600。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫EFPI型光纖應(yīng)變傳感器，其特征在于：所述矩形彈簧結(jié)構(gòu)(83)與所述第一應(yīng)變拉伸彈片(81)、所述第二應(yīng)變拉伸彈片(82)的連接處設(shè)置半圓槽。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫EFPI型光纖應(yīng)變傳感器，其特征在于：所述應(yīng)變拉伸彈片組件(8)還包括設(shè)置在所述第一應(yīng)變拉伸彈片(81)和所述第二應(yīng)變拉伸彈片(82)的底部的倒三角結(jié)構(gòu)(84)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫EFPI型光纖應(yīng)變傳感器，其特征在于：所述EFPI型光纖應(yīng)變傳感器的工作溫度為0～700℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫EFPI型光纖應(yīng)變傳感器，其特征在于：所述光纖(1)與所述光纖跳線(4)熔接。

7.一種高溫EFPI型光纖應(yīng)變傳感器制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、組裝：將光纖(1)一端與光纖跳線(4)熔接、另一端去除表面涂覆層并切割至光纖端面平整后依次插入金屬管(5)、氧化鋁陶瓷插芯(6)露出所述光纖端面，使用陶瓷膠將所述光纖(1)與所述金屬管(5)、所述氧化鋁陶瓷插芯(6)固定；

S2、調(diào)整腔長：將固定后的所述光纖(1)、所述金屬管(5)和所述氧化鋁陶瓷插芯(6)放置在第一應(yīng)變拉伸彈片(81)上，將陶瓷棒(7)放置在第二應(yīng)變拉伸彈片(82)，調(diào)節(jié)L，達(dá)到設(shè)定值后向矩形彈簧結(jié)構(gòu)(83)的半圓槽中填入陶瓷膠固定所述光纖(1)和所述陶瓷棒(7)的位置；

S3、退火：將組裝后的應(yīng)變拉伸彈片組件(8)放入馬弗爐進(jìn)行退火，退火后取出；

S4、測試：將退火后的EFPI型光纖應(yīng)變傳感器進(jìn)行測試，測試合格后制備完成。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高溫EFPI型光纖應(yīng)變傳感器制備方法，其特征在于：步驟S3中退火的溫度制度包括：升溫階段、恒溫階段、爐內(nèi)退火階段和自然降溫階段。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高溫EFPI型光纖應(yīng)變傳感器制備方法，其特征在于：所述升溫階段的溫度制度為：從室溫升溫至750℃、升溫速率為10℃/min；

所述恒溫階段的溫度為750℃、保持時間60min；

所述爐內(nèi)退火階段的時間為60min。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高溫EFPI型光纖應(yīng)變傳感器制備方法，其特征在于：步驟S4的測試方法包括溫度系數(shù)測試和應(yīng)變系數(shù)測試；

所述溫度系數(shù)測試方法為：將所述EFPI型光纖應(yīng)變傳感器與解調(diào)儀和電腦連接，并將組裝后的所述應(yīng)變拉伸彈片(8)放入馬弗爐，使用解調(diào)程序進(jìn)行溫度系數(shù)測試得到溫度系數(shù)；

所述應(yīng)變系數(shù)測試方法為：將所述應(yīng)變拉伸彈片(8)粘接在拉伸片后安裝在拉伸機(jī)上，再在所述應(yīng)變拉伸彈片(8)一側(cè)粘貼電阻應(yīng)變片，所述拉伸機(jī)施加應(yīng)力后讀取所述電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值得到應(yīng)變系數(shù)。