[发明专利]一种预应变光纤光栅及其传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤传感领域里的一种发明设计，是基于预应变光纤光栅技术及其传感器技术领域。

背景技术

光纤光栅是以输出光波长为信息的一种新型光子器件。光纤光栅传感器用于应力、应变和温度、温变测量，具有方便、灵敏、精度高、耐酸碱、抗电磁干扰等诸多优良特性，现已被广泛应用于工业、建筑业、国防和科学研究等各个领域。但由于光纤光栅对温度和应变同时敏感，从而导致测量过程的温度和应变的交叉敏感效应，使光纤光栅波长的响应无法反映温度和应变各自引起的波长变化。为了解决这一难题，人们提出了一些解决方案。典型的现有方案有光纤光栅组合法、。光纤光栅F-P腔法、聚合物封装光纤光栅法等。这些方案前者需要多个光纤光栅，中者需要两套解调系统，后者需要聚合物具有良好的温度特性，这些条件限制了光纤光栅传感的实际应用。检索结果表明，目前没有一种基于预应变的光纤光栅技术，并将其用于应变和温度传感测量的光纤光栅传感器。

发明内容

本发明的目的是设计出一种预应变技术的光纤光栅及其传感器，该传感器可用于需要同时测量应变和温度的各种场合和场地。其技术方案是：首先在同一种光纤上写入光纤光栅；然后，在加有一定预应力的状态下，将光纤光栅的一半固定地粘贴在衬底材料上，待应力释放后，裸光纤光栅部分变形恢复，其中心反射（或透射）波长不变，而粘贴在金属片上的部分光纤光栅，由于存在应变，其栅格周期发生了变化，从而导致这部分光纤光栅的中心反射（或透射）波长改变；最后，待整个光纤光栅各部分应变平衡后，就具有两个反射（或透射）峰。

经预应变技术处理后的光纤光栅，由于具有两个对应变和温度不同响应的反射（或透射）峰，以此研制的光纤光栅传感器可以对应变和温度同时测量。实用中，只要测得两个反射（或透射）峰之间的波长差，由下列应变-温度关系式，即可求得待测体的应变和温度值。

ΔλB1ΔλB2=K1(ϵ)K1(T)K2(ϵ)K2(T)×ΔϵΔT---(1)]]>

式中的Δλ_B1、Δλ_B2分别为两段光栅的中心波长的漂移量，K_i(ε)、K_i(T)(i=1,2)

分别是应变传感和温度传感系数，△ε、△T分别是整个光栅区或发生的应变和温度变化。