[实用新型]一种光纤光栅型温度传感器

说明书

技术领域：

本实用新型涉及光纤温度传感器。

背景技术：

光纤光栅是一种纤芯折射率有着周期性变化的光纤无源器件。由于光纤光栅的谐振波长对温度、应变等外界环境的变化比较敏感，光栅的谐振波长会随温度发生改变，故通过探测其波长的变化量就可以得到温度的变化量。光纤光栅具有体积小、可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀等优点，因此在传感领域得到了广泛的应用。其中，光纤光栅型温度传感器由于既可被应用于结构体温度场的分布式测量，也可被用作光纤光栅传感网络的温度补偿，受到了人们越来越多的关注。然而，对于光栅型传感器来讲，由于光栅的谐振波长同时受着温度和应变的影响，如何解决温度/应力交叉敏感问题就显得尤为重要。对于光纤光栅温度传感器来讲，在一些特殊的工作环境中，由于外力的拉拽或者是刮碰，传感器的尾纤(也就是信号传输线)很容易受到外力影响，导致光栅的中心波长随外力变化而波动，给温度传感带来较大的误差。为了解决这一问题，需要从传感器的封装结构上来考虑，制作出拉力不敏感的温度传感器。

Francis M.Haran等人将光纤光栅一端的尾纤截去，并将其封装在一个石英帽里面(U.S.Pat.No.6,125,216，entitled“Strain isolated optical fibrebragg grating sensor”)(见图1，图1中11为传输光纤；12为环氧树脂密封；13为尾纤护套；14为光纤光栅)。由于光栅的一端是悬空的，所以另一端尾纤的拉力作用到光栅区上，从而实现了与拉力无关的目的。但是这种封装结构的最大问题在于其只能适合用于单点的温度测量，而不能用于温度的分布式阵列传感。Christopher J.Wright等人通过熔接的方式将光纤光栅封装在一较粗的石英管中(U.S.Pat.No.6,865,194B1，entitled“Strain-isolatedbragg grating temperature sensor”)(见图2，图2中21为传输光纤；22为胶粘剂；23为光纤光栅；24为基底)。这种封装结构利用石英管的来增加光栅区的强度，使其对外力的作用不敏感。但这种封装方式并没有完全排除外力的影响，当拉力很大的时候，石英管依然会发生明显的形变，造成光栅波长的漂移。Mark R.Fernald等人将光栅区先封装在一细石英管中，并将一端的尾纤加以弯曲后再封装于一粗石英管中(U.S.Pat.No.6,452,667B1，entitled“Pressure-isolated bragg grating temperature sensor”)。这种封装方式利用光纤的弯曲将尾纤上所施加的外力缓冲掉，起到了很好的效果。周智等人利用类似的原理也设计出了拉力无关的光栅型温度传感器(参看文献“无外力影响光纤Bragg光栅封装温度传感器”，来自期刊《传感器与微系统》，2006年，25卷第3期，第57～62页)(见图3，图3中31为光纤光栅；32为石英管；33为光纤；34为固定部分)。但是，这种结构的封装工艺较为复杂，而且为了保证光纤的弯曲量，需要保护套管具有一定的直径和长度。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种光纤光栅型温度传感器，具有不受外部拉力影响、稳定性好和易于制作的性能。

为解决上述技术问题，本实用新型是提出以下技术方案实现的：

一种光纤光栅型温度传感器，其特征在于：所述传感器包括为金属材料的基底材料以及一根中部刻有光栅1的光纤2；所述光纤刻有光栅的部分弯成一圆环且光栅区两边的光纤在交叠后分别向左右两边引出；所述光纤交叠区4与基底材料3表面之间固接；在光纤的两个引出端5上涂上胶或者加上光纤尾纤护套对其加以保护。

所述的光纤1可为多种能够写入光栅的光纤，可以是掺杂石英光纤或塑料光纤或光子晶体光纤等。

所述的光栅2可为多种能够用于温度传感的光纤光栅，可以是普通Bragg光纤光栅或取样光纤光栅或相移光纤光栅或重叠光纤光栅或长周期光纤光栅等。

所述的基底材料3可为任意形状的金属材料，起到传递温度和保护光栅的作用。

所述的光纤交叠的部位4固定方式可为多种形式，可以是胶接或金属焊接或石英熔接等。

所述的光纤弯曲半径R可大可小，最小半径以不给光纤带来明显弯曲损耗为限。

本实用新型带来以下有益效果：