[发明专利]多基底高灵敏度光纤光栅温度传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及到用于对温度进行高灵敏度检测的多基底材料封装的光纤光栅温度传感器。

背景技术

光纤光栅传感器是被测物理量引起光纤光栅反射光谱或透射光谱的中心波长漂移，通过检测波长漂移量就可实现对物理量测量，是一种波长调制型传感器，可以做为智能化结构的传感器。光纤光栅传感器具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、体积小、重量轻、耐腐蚀、测量范围广、易集成、结构简单、便于复用成网、易用于智能结构等许多优点，可以埋覆在被测物体和材料内部，对压强、温度、应力、应变、流速、流量等诸多物理量，实现多点分布、同时区分、实时在线及永久检测。光纤光栅传感器从1989年被首次报道后，受到了国内外的广泛重视，取得了持续快速的发展，已在民用建筑、医疗、环保、航空等领域有一定的应用，目前正致力于该技术在油气田测井、勘探、油气储运、电力系统等领域的开发应用研究，具有重要的学术研究价值和市场应用前景。

温度是引起光纤光栅波长变化的最直接的物理量之一。对于裸光纤光栅，由于其温度响应灵敏度较低，约为0.01nm/℃，以及光纤本身非常纤细，实际应用中的工作环境比较恶劣，要求的测量温度精度和测量范围都比较高，因此通过结构设计和封装技术对光纤光栅进行增敏，将可提高光纤光栅对温度的响应灵敏度和环境适应能力。

目前国内外关于对光纤光栅温度传感器的报道在常温的比较多，在较宽的范围内使用并具有较高的灵敏度报道较少。国内研制的光纤光栅温度传感器的灵敏度最高为裸光栅的5倍，温度测量范围较小，工艺复杂。孙安等人利用聚合物封装光纤光栅，实现了测量20～180℃的温度，但封装的温度传感器分段线性，重复性不好，而且封装工艺比较复杂，这给传感器的解调和精确测量带来困难。禹大宽等人提出将光纤光栅粘贴在金属基底铝材料上，得到温度传感器的温度响应灵敏度为裸光栅的3.9倍。由于金属热膨胀系数的限制，得到光纤光栅温度传感器的响应灵敏度很难再提高。国外研制的光纤光栅温度传感器的检测范围在0～100℃，但温度响应灵敏度都比较低。目前国内外的光纤光栅温度传感器不能满足生产实践中要求温度测量精度高、适应范围广、重复性好的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述光纤光栅温度传感器的缺点，提供一种设计合理、结构简单、灵敏度高、响应时间短、适应范围广、抗干扰能力强、重复性好的多基底高灵敏度光纤光栅温度传感器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在套管内设置有下基底，下基底的上表面设置中基底，中基底上表面设置上基底，上基底的上表面设置光纤光栅，套管的端部设置有端盖，端部穿过端盖伸出套管外的光纤与光纤光栅相连接。

本发明的下基底为铍青铜板或紫铜板或黄铜板，中基底为铝板，上基底为超高温聚酰亚胺板即pi板，下基底与中基底焊接联接，中基底与上基板用353ND胶或383胶粘接，光纤光栅用编号为502胶或353ND胶或383胶粘接在上基板的上表面。

本发明的下基底的长为40mm～200mm、宽为3mm～6mm、厚为0.5mm～2mm，中基底的长、宽、厚分别与下基底的长、宽、厚相等，上基底的长小于或者等于下基底的长、宽与下基底的宽相等、厚为0.5～1mm。

本发明的光纤光栅粘接在上基底上表面的中心位置。

本发明的光纤光栅为掺锗的波长为1525～1620nm。

本发明采用三层不同热膨胀系数的基底，将光纤光栅用胶粘接在最上面一层基底上，满足了在恶劣环境中使用，克服了光纤光栅灵敏度低的缺点。实验结果表明，本发明的光纤光栅温度传感器与裸光栅相比，温度测量范围为-20～100℃，线性度为0.999，温度响应灵敏度温0.11nm/℃，温度响应时间小于1秒，温度响应灵敏度为裸光栅的11倍。本发明与电子类温度传感器在生产现场对比测试结果表明，能满足油气管线抗电磁干扰能力强、温度灵敏度高、响应时间快的要求。本发明具有体积小、结构简单、探测范围宽、灵敏度高等优点，将本发明安装在管道上，结合光纤传感网络，可实现多个传感器的多点实时永久测量，可在油气管线上推广使用。

附图说明

图1是发明一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1中，本实施例的多基底高灵敏度光纤光栅温度传感器由端盖1、光纤2、光纤光栅3、上基底4、中基底5、下基底6、套管7联接构成。