[实用新型]表面式温度自补偿光纤应变传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器，尤其涉及一种表面式温度自补偿光纤应变传感器。

背景技术

在航空航天、石油化工等大型工程结构中，通常需要在线监测其表面应变，以保证其长期安全运行，而光纤传感器与常规传感器相比，在抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀、体积小等方面具有明显的优势，因此光纤应变传感器近年来得到了飞速的发展，但是光纤应变传感器在实际应用中仍存在着一些问题：1、在结构健康监测过程中，会存在温度应变交叉敏感的情况，故需额外安装温度补偿传感器，使得检测系统复杂化；2、光纤应变传感器由于传感原件自身机械强度低的特性，使得应变测量范围较窄，无法应用于表面形变较大的结构监测中；3、现有的光纤应变传感器测量精度不高。

实用新型内容

本实用新型的发明目的，在于提供一种体积小、能实现温度自补偿、应变测量范围大、测量精度高的光纤应变传感器。

为达上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

提供一种表面式温度自补偿光纤应变传感器，包括第一单模光纤、第二单模光纤、毛细石英管和金属基片，两个单模光纤在毛细石英管内端面相对，形成光纤法珀腔体结构，其中第一单模光纤置于毛细石英管内呈轴向自由状态设置，该第一单模光纤上刻有布拉格光纤光栅；第二单模光纤与毛细石英管固定连接；所述光纤法珀腔体结构整体封装于金属基片上。

本实用新型所述的表面式温度自补偿光纤应变传感器中，所述金属基片的两端开有半圆形细槽，所述光纤法珀腔体结构通过该半圆形细槽固定在所述金属基片上。

本实用新型所述的表面式温度自补偿光纤应变传感器中，所述半圆形细槽半径为0.7-0.9mm,整体厚度为1-1.5mm。

本实用新型所述的表面式温度自补偿光纤应变传感器中，所述毛细石英管与所述半圆形细槽粘接固定，所述第二单模光纤与所述半圆形细槽粘接固定。

本实用新型所述的表面式温度自补偿光纤应变传感器中，所述第二单模光纤与所述毛细石英管通过点焊方式固定，焊点距离所述毛细石英管的一个端头2-4mm。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型的光纤应变传感器结构简单，制作方便，体积小，安装方便；其中光纤法珀腔体结构作为应变测量元件，布拉格光纤光栅作为温度补偿元件，实现了传感器的温度自补偿功能，提高测量精度；其中光纤法珀腔体结构采用一端光纤固定，一端光纤轴向自由的结构，提高了传感器的应变测量范围。

进一步地，配合法珀腔体单端固定的结构，将毛细石英管及一端单模光纤分别固定于金属基片的两端细槽内，进一步保证了传感器在大应变环境下的适用性；其中点焊及特殊胶黏剂的使用，降低了由于胶体蠕变引起的测量误差，提高测量结果的准确性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为本实用新型实施例表面式温度自补偿光纤应变传感器结构示意图；

图2为本实用新型实施例的金属基片结构示意图；

图3为本实用新型实施例的光纤法珀腔体结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型表面式温度自补偿光纤应变传感器，如图1所示，包括单模光纤1、单模光纤4、毛细石英管3、金属基片5，其中布拉格光纤光栅2刻写于单模光纤1上。

单模光纤1、4由毛细石英管3两端插入，两平行端面相对，构成干涉法珀腔体结构。布拉格光纤光栅2位于距单模光纤1端头5mm处左右，可视为与法珀腔体结构处于同一温度场，故布拉格光纤光栅2可以作为光纤法珀腔的温度补偿传感器，消除环境温度对于应变测量结果的影响，实现温度自补偿，提高测量精度。

本实用新型所形成的光纤法珀腔体结构的一端为自由结构，其中一段单模光纤4与毛细石英管3固定为一体，另一段单模光纤1则与毛细石英管3处于轴向自由状态，可沿毛细石英管3轴向自由滑动，当传感器进行应变测量时，毛细石英管3与光纤均不产生任何应力/应变，因此可视为温度补偿光栅。解决了由于石英材料质地较脆，不能进行大应变测量的问题，使传感器适用于应变较大的结构健康监测系统中。