[發明專利]一種高溫EFPI型光纖應變傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202111598612.1
• 申請日: 2021-12-24
• 公開（公告）號: CN114509016A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 楊浩;毛國培;李金洋;馬驄;史青
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G02B6/255;G02B6/245;G02B6/25;G02B26/00
• 代理公司: 北京巨弘知識產權代理事務所(普通合伙) 11673
• 代理人: 張婧

本發明提供一種高溫EFPI型光纖應變傳感器及其制備方法，包括光纖、纖維套管、保護管、光纖跳線、金屬管、氧化鋁陶瓷插芯、陶瓷棒和應變拉伸彈片組件。本發明的原理是利用光纖端面和陶瓷棒端面反射形成FP干涉，該干涉信號與兩端面之間的間距L有著固定的對應關系，在此基礎上，傳感器配合光源和解調儀組成應變監測系統，光源的光進入傳感器形成干涉信號，解調儀實時解算傳感器腔長L，在完成L與應變值對應關系的標定測試后，即可通過解調儀中L的值計算得到外界環境的應變值，從而實現高溫環境下應變的實時監測。本發明可以實時監測金屬及非金屬結構體的應變，調試方法簡單，測試結果準確。

技術領域

本發明涉及測量測試技術領域，具體涉及一種高溫EFPI型光纖應變傳感器及其制備方法。

背景技術

光纖EFPI傳感器被廣泛應用于應變、壓力、振動、溫度等參數監測，是光纖傳感技術的典型代表產品，在航天、航空、海洋、地質、醫療健康等領域發揮著重要作用。隨著光纖EFPI傳感器應用領域的拓展，工作環境逐為嚴苛，高溫應變測量逐漸成為該類傳感器應用的瓶頸，該瓶頸主要是歸結于普通光纖的涂覆層能力不足，另一方面，整個傳感器的零件材料也必須耐高溫，這種對材料選擇的局限性限制了光纖EFPI傳感器在高溫工作環境的應用。

發明內容

本發明是為了解決光纖EFPI傳感器在高溫工作環境的應用問題，提供一種高溫EFPI型光纖應變傳感器及其制備方法，包括應變拉伸彈片和固定在彈片上的陶瓷棒和陶瓷插芯，中間有一定的間隔距離，通過反復調節陶瓷棒和插芯之間的角度和腔長，使光線在陶瓷棒端面反射后沿光纖中心原路返回，達到實現F-P干涉的目的。本發明可實現光纖傳感器在高溫工作環境中的應變信息傳遞，具有普適性，對于高溫和低溫工作環境中的所有樣品均可應用此傳感器測試應變信息。

本發明提供一種高溫EFPI型光纖應變傳感器，包括光纖，設置在光纖外部的纖維套管，依次設置在纖維套管一端的保護管、光纖跳線，依次設置在纖維套管另一端的金屬管、氧化鋁陶瓷插芯，設置在氧化鋁陶瓷插芯一側的陶瓷棒和設置在金屬管、氧化鋁陶瓷插芯、陶瓷棒下部的應變拉伸彈片組件；

光纖一端與光纖跳線連接、另一端依次穿過金屬管、氧化鋁陶瓷插芯并露出光纖端面，陶瓷棒的端面與光纖端面平行相對、距離為L，L為EFPI型光纖應變傳感器腔長；

保護管用于保護光纖與光纖跳線的連接處，金屬管用于保護光纖與氧化鋁陶瓷插芯的連接處；

應變拉伸彈片組件包括用于固定光纖、金屬管和氧化鋁陶瓷插芯的第一應變拉伸彈片，用于固定陶瓷棒的第二應變拉伸彈片和連接第一應變拉伸彈片、第二應變拉伸彈片的矩形彈簧結構，光纖端面和陶瓷棒的端面均設置在矩形彈簧結構上，第一應變拉伸彈片和第二應變拉伸彈片均為平面結構。

本發明所述的一種高溫EFPI型光纖應變傳感器，作為優選方式，光纖為鍍金光纖，應變拉伸彈片組件的材質為GH4169或GH3600。

本發明所述的一種高溫EFPI型光纖應變傳感器，作為優選方式，矩形彈簧結構與第一應變拉伸彈片、第二應變拉伸彈片的連接處設置半圓槽。

本發明所述的一種高溫EFPI型光纖應變傳感器，作為優選方式，應變拉伸彈片組件還包括設置在第一應變拉伸彈片和第二應變拉伸彈片的底部的倒三角結構。

本發明所述的一種高溫EFPI型光纖應變傳感器，作為優選方式，EFPI型光纖應變傳感器的工作溫度為0～700℃。

本發明所述的一種高溫EFPI型光纖應變傳感器，作為優選方式，光纖與光纖跳線熔接。

本發明提供一種高溫EFPI型光纖應變傳感器制備方法，包括以下步驟：

S1、組裝：將光纖一端與光纖跳線熔接、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、氧化鋁陶瓷插芯露出光纖端面，使用陶瓷膠將光纖與金屬管、氧化鋁陶瓷插芯固定；