[发明专利]一种光纤光栅传感器的三角封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅传感器的三角封装方法。

背景技术

光纤光栅是利用光纤的光敏特性制成的，它具有附加损耗小、抗干扰能力强、重量轻、结构紧凑、便于与其它光纤器件构成全光纤系统、寿命长、可对信息进行波长编码等一系列优异性能。光纤光栅作为一种新型的传感器，可实现压力、应力、应变、微振动、声音等非光学量的传感测量。和传统的传感器相比较，具有耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰、体积小和灵活方便等优点。光纤光栅在水听器、磁告警、激光告警、核辐射告警、生化剂告警等方面具有其它传感器无法比拟的独特性能，极具应用潜力。

通常情况下，光纤光栅对温度的灵敏度系数约为                                                （即温度变化1度时，光纤光栅的布拉格波长变化0.01纳米）,其灵敏度较底。所以在利用光纤光栅进行温度传感时，通常都必须对光纤光栅进行增敏处理，以提高温度测量精度。目前，通过双金属温度增敏封装后的光纤光栅温度传感器的温度灵敏度系数可达。

光纤光栅的布拉格波长为

        （公式1）

式中: 为有效折射率，为光栅周期。当光波传输通过光纤光栅时，满足布拉格条件（即公式1）的光波将被反射回来，这就是光纤光栅的基本工作原理。对于没有增敏的光纤光栅，温度变化既引起光纤光栅折射率的变化，同时，由于热膨胀也引起栅距的变化，不考虑波导效应，光纤光栅具有以下温度响应特性：

       （公式2）

式中与分别为光纤光栅的热光系数和热膨胀系数，为温度变化导致的布拉格波长的变化，为温度的变化。为简单起见，令温度灵敏度系数，则上式简化为：                                

          （公式3）

公式3即为假定没有应变作用的光纤光栅布拉格波长变化与温度变化间的关系。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种显著提高灵敏度的光纤光栅传感器的三角封装方法。

本发明是这样来实现的，一种光纤光栅传感器的三角封装方法，包括三角封装的结构以及三角封装的结构材料的选择，其特征是三角封装的结构包括光纤光栅、滑块、卡手、转轴、臂、臂、臂、外围封装，光纤光栅的两端用胶黏剂环型胶黏，光纤光栅外围用一表面光滑的滑块粘住光纤部分，滑块上面连接卡手，滑块下面放在外围封装上的沟槽中，光纤光栅两端的两个卡手分别和的臂和臂的一端连接，臂和臂的另外一端都接在一可活动的转轴上，整个转轴固定在臂的一端，臂的另一端固定在外围封装上，臂、臂和光纤光栅组成一个三角形封装，并使光纤光栅受到预拉伸；三角封装的结构材料的选择：臂、臂和臂为相同的材料。

光纤光栅的封装整体采用一个类似三角形的结构封装，三个臂包括臂、臂和臂，采用热膨胀系数大的材料，其长度分别为，和，三个臂均采用相同的材料。当温度发生变化时，材料的热膨胀导致光纤光栅的拉伸，从而实现将温度的变化转化为应变的变化，因此实现温度的增敏。

用杨氏模量和热膨涨系数较小的材料将三角形结构封装在里面，使里面的光纤光栅不受外界应变变化的影响，从而消除了应变和温度的交叉敏感问题。

设，三个臂的热膨胀系数相同，均为，高度为H，则光纤光栅应变和温度的变化关系为：

   （公式4）

对上式进行展开，取一阶近似有：

   （公式5）

从上式可以看出，温度和光纤光栅的应变具有较好的线性关系。

本发明的技术效果是：通过采用应变增敏的光纤光栅，从而使光纤光栅传感器的温度灵敏度大大增加。臂、臂和臂采用热膨胀系数大的材料，大大提高光纤光栅（FBG）的温度灵敏度，整个光纤光栅传感器外面用杨氏模量和热膨胀系数较小的材料封装，使里面的光纤光栅不受外界应变变化的影响，从而消除了应变和温度的交叉敏感问题。

附图说明

图1是本发明的光纤光栅应变量和温度的变化关系图。

图2是本发明的光纤光栅传感器封装结构图。

在图中，1、臂  2、臂  3、臂  4、转轴  5、卡手  6、滑块  

7、外围封装  8、光纤光栅。

具体实施方式