[发明专利]基于增敏结构温度补偿的珐珀应变传感器装置及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，具体涉及一种基于增敏结构温度补偿的珐珀应变传感器装置及制作方法的设计。

背景技术

光纤传感是现代光纤技术的重要应用之一，具有体积小、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰能力强、远距离传输等优点，可以用来检测多种物理量，比如应变、温度、压力、声场、电场、振动、加速度等。光纤珐珀应变传感器就是其中的一员，它广泛应用在桥梁、天平结构、石油管道等大型工程结构的实时健康检测中。光纤珐珀应变传感器受温度和应变的双重影响，尤其在测量应变的场合中，受温度影响极大，因此在测量应变时去除温度的影响有很大的实际意义，但是，在高温环境下要精确消除基底产生的热应变对传感器的影响或同时实现应变和温度分离的精确测量却一直是一个难题。

目前，在光纤传感领域，作为应变、温度测量的主要是布拉格光纤光栅和珐珀干涉腔。基于悬臂梁结构的珐珀应变传感器，一种方法是采用并联双路珐珀干涉腔分析技术来消除悬臂梁基底热应变对力应变测量的影响，但由于基底对两只珐珀传感器的热应变不会完全一样，因此也不能精确消除热应变导致的误差；另一种方法是使用高温光纤温度传感器FBG和应变传感器一并固定在基底上，实现热应变和力应变的分离，但是由于在高温测量过程中FBG测量的滞后性使得应变传感器和温度传感器测量的不是同一个温度点的应变，导致测量误差。

以上传感器都没有涉及如何提高应变传感器的灵敏度和精确消除基底的热应变产生的影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中光纤珐珀应变传感器无法精确消除基底的热应变产生的影响的问题，提出了一种基于增敏结构温度补偿的珐珀应变传感器装置及制作方法。

本发明的技术方案为：一种基于增敏结构温度补偿的珐珀应变传感器装置，包括基底、增敏结构以及珐珀应变传感器；增敏结构包括分别焊接于基底上的第一金属片和第二金属片，珐珀应变传感器分别与第一金属片和第二金属片焊接，两焊点的间距与两金属片的间距相等。

优选地，珐珀应变传感器包括第一光纤、第二光纤以及珐珀腔；第一光纤与第二光纤材料相同，第一光纤焊接于第一金属片上，第二光纤焊接于第二金属片上，珐珀腔位于第一光纤和第二光纤之间，珐珀腔与第一金属片及第二金属片的间距相等。

优选地，第一金属片与基底的材料相同，与第二金属片的材料不同。

优选地，增敏结构还包括连接第一金属片和第二金属片的连接臂；增敏结构对FBG传感器同样适用。

优选地，第一金属片与第二金属片的材料相同，与基底的材料不同；

或者第一金属片与第二金属片的材料相同，同时与基底的材料相同。

优选地，第一金属片和第二金属片的前端均可自由伸缩。

本发明还提供了一种基于增敏结构温度补偿的珐珀应变传感器装置的制作方法，包括以下步骤：

S1、在切平的第一光纤端面通过激光微加工一个圆孔，然后再与一端切平的第二光纤熔接，形成具有珐珀腔的珐珀应变传感器；

S2、将第一金属片和第二金属片焊接在基底上；

S3、将珐珀应变传感器分别焊接于第一金属片和第二金属片上，使两焊点的间距与两金属片的间距相等且珐珀腔与第一金属片及第二金属片的间距相等。

进一步地，步骤S1中圆孔的直径小于光纤的包层直径，大于光纤的纤芯直径。

进一步地，步骤S2中采用激光焊接工艺将第一金属片和第二金属片焊接在基底上。

进一步地，步骤S3中通过激光焊接工艺，使用高温玻璃焊料将珐珀应变传感器分别焊接于第一金属片和第二金属片上。

本发明的有益效果是：

(1)该珐珀应变传感器装置具有应变放大功能和温度补偿作用。

(2)高温环境下可以消除基底热应变对传感器应变精确测量的影响。

(3)该珐珀应变传感器装置输入输出为同一根光纤，结构简单，便于批量安装。

(4)本发明中的增敏结构对满足尺寸要求的其他种类的光纤传感器(如FBG传感器)也同样适用。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于增敏结构温度补偿的珐珀应变传感器装置结构示意图。

图2为本发明提供的珐珀应变传感器装置中的珐珀应变传感器结构示意图。

图3为将本发明提供的一种基于增敏结构温度补偿的珐珀应变传感器装置应用于解调系统的示意图。

图4为本发明提供的一种基于增敏结构温度补偿的珐珀应变传感器装置的制作方法流程图。