[发明专利]一种测量压力和温度双参数的光纤光栅检测方法与装置

说明书

本发明公开了一种测量压力和温度双参数的光纤光栅检测装置与方法。包括光纤、一次敏感元件和二次敏感元件；所述一次敏感元件为一双等厚等强度悬臂梁，双等厚等强度悬臂梁包括双金属温度增敏区和测压力光纤承载区；所述光纤设置在双等厚等强度悬臂梁上；所述二次敏感元件是在所述光纤上设置有轴向相隔预定距离的两段不同栅距的光纤布拉格光栅；其中第一布拉格光栅固定于所述双金属温度增敏区上，所述第二布拉格光栅固定于所述测压力光纤承载区上；所述第一布拉格光栅与第二布拉格光栅的波长不相同，且具有波长差。本发明的光纤传感器成本低，工作稳定可靠，可准确检测出接触温度、所受压力和环境温度。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种测量压力和温度双参数的光纤光栅检测装置与方法。

背景技术

光纤布拉格光栅(FBG)传感器具有独特的抗电磁干扰、可远距离传输等特性。利用光纤光栅传感器可以实现对压力、温度等各种物理量的测量。其在复合材料结构状态监测、航空航天、机器人等领域均有巨大应用价值。

针对光纤光栅的压力和温度的交叉敏感问题，传统的解决方法双波长矩阵法，存在需要两个光谱分析仪和宽带光源的问题，在实际应用上受限。

为解决上述应变和温度的交叉敏感问题，中国专利CN102235921A、中国专利CN103411633A等均公开了一种用来同时测量温度和应力的光纤传感器。其所涉及的使用参考光纤光栅方法等，由于设计的传感器体积较大且无法测接触的温度，缺少实际应用价值。

以上光纤温度和压力同时检测方法，现阶段均不同程度地存在所用测量仪器成本高、设备体积过大等问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种测量压力和温度双参数的光纤光栅检测装置与方法。该装置可以测量接触的温度，所受压力和环境温度，测量结果准确，传感器体积小，可用于小面积的压力温度测量。

本发明的技术方案如下：

一种测量压力和温度双参数的光纤光栅检测装置，包括光纤、一次敏感元件和二次敏感元件；

所述一次敏感元件为一双等厚等强度悬臂梁，双等厚等强度悬臂梁包括双金属温度增敏区和测压力光纤承载区；

所述光纤设置在双等厚等强度悬臂梁上；

所述二次敏感元件是在所述光纤上设置有轴向相隔预定距离的两段不同栅距的光纤布拉格光栅；其中第一布拉格光栅固定于所述双金属温度增敏区上，所述第二布拉格光栅固定于所述测压力光纤承载区上；

所述第一布拉格光栅与第二布拉格光栅的波长不相同，且具有波长差。

所述双等厚等强度悬臂梁包括一块长板和一块短板，长板和短板均为宽度由一端至另一端渐变的形状，长板设置在短板上，且长板和短板的最宽端平齐；在长板的最窄端设置所述双金属温度增敏区，在双等厚等强度悬臂梁厚度变化交界位置处的长板上设置所述测压力光纤承载区。

所述长板和短板通过胶固定。

所述光纤沿双等厚等强度悬臂梁的轴线设置，且所述光纤设置在长板表面。

所述长板是由等腰梯形和长方形结构组成，长方形的端部为最窄端；所述短板是由等腰梯形结构组成。

所述双金属温度增敏区包括金属材料的梁臂和基底，两个梁臂设置在基底上，所述第一布拉格光栅固定在两个梁臂中间。

所述梁臂的材料热胀系数小于基底材料热胀系数。

所述梁臂与基底采用螺栓连接。

所述第一布拉格光栅和第二布拉格光栅通过胶粘或焊接方式固定。

测量压力和温度双参数的光纤光栅检测装置的检测方法，包括以下步骤：