[发明专利]一种光纤光栅形状感知传感器

说明书

本发明提出一种光纤光栅形状感知传感器，包括镍钛超弹性金属丝基体以及其上设置的一号光纤、二号光纤、三号光纤、四号光纤与包裹在最外层的热缩管，一号光纤、二号光纤、三号光纤、四号光纤上均设置有阵列光栅，其特征在于：在所述镍钛超弹性金属丝基体的四周刻制一号凹槽、二号凹槽、三号凹槽、四号凹槽；一号光纤放置在一号凹槽中，并用环氧树脂胶固定栅区；二号光纤放置在二号凹槽中用环氧胶固定栅区；三号光纤放置在三号凹槽中用环氧树脂胶固定栅区；四号光纤放置在三四号凹槽中用环氧树脂胶固定栅区。

技术领域

本发明涉及形状复现领域，特别涉及一种光纤光栅形状感知传感器。

背景技术

地下盐穴储气库通过水溶解盐而形成空穴，用来存储天然气。地下盐穴的温度变化大、压力高、强电磁干扰等环境因素复杂。在造腔过程中，造腔管柱极易产生变形，岩层塌陷，卤水结晶，流速等诸多因素都会导致管道发生变形。由于管柱内外直径差距很小，弯曲的管柱会导致出现负荷过大，甚至发生脱段。一旦发生管道断裂、脱落就会对地下盐穴储气库的溶腔过程造成很大的破坏，带来巨大经济损失。因此对造腔管柱的变形监测就显得十分有必要。

光纤光栅形状感知传感器是通过内部敏感元件——光纤光栅所反射的光信号中心波长移动量来检测管道变形的传感器。由于光纤光栅形状感知传感器是利用光波传输信息，而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输介质，因而不怕强电磁干扰，也不影响外界的电磁场，这使它在各种大型机电、石油化工、冶金高压、强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境中能方便而有效地实现监测，具有很高的可靠性和稳定性。另外光纤光栅形状感知传感器测量结果具有良好的重复性，便于构成各种形式的光纤传感网络，可用于外界参量的绝对测量。也可在一根光纤中写入多个光栅，构成传感阵列，实现准分布式测量。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种光纤光栅形状感知传感器，包括镍钛超弹性金属丝基体以及其上设置的一号光纤、二号光纤、三号光纤、四号光纤与包裹在最外层的热缩管，一号光纤、二号光纤、三号光纤、四号光纤上均设置有阵列光栅，其特征在于：在所述镍钛超弹性金属丝基体的四周刻制一号凹槽、二号凹槽、三号凹槽、四号凹槽；一号光纤放置在一号凹槽中，并用环氧树脂胶固定栅区；二号光纤放置在二号凹槽中用环氧胶固定栅区；三号光纤放置在三号凹槽中用环氧树脂胶固定栅区；四号光纤放置在三四号凹槽中用环氧树脂胶固定栅区。

于一个或多个实施例中，一号光纤、二号光纤、三号光纤、四号光纤(6)均为预拉伸后状态。

于一个或多个实施例中，一号凹槽、二号凹槽、三号凹槽、四号凹槽分布在弹性金属丝的表面，互成90°分布。

于一个或多个实施例中，单根光纤上设置有阵列光栅，光栅数量根据监测需要提前制备。

于一个或多个实施例中，互成180°的光纤栅区间隔半个栅距排列。

于一个或多个实施例中，一号光纤、二号光纤、三号光纤、四号光纤与金属丝基体截面距离为h，光纤光栅的弹光系数为Pe；光纤的初始波长为λ_B，波长变化为Δλ_B，则本传感器各栅点的曲率为：

ρ＝1/h×(Δλ_B)/(λ_B(1-P_e))。

本发明的有益效果：本发明提供了一种光纤光栅形状感知传感器，在金属丝的周围设置有四个凹槽，凹槽的宽度与光纤直径等宽，凹槽互成90°分布，光栅放置在凹槽内用树脂胶固定。这样的凹槽有利让光纤方便粘接，同时保持很好的直线性，保持直线性可以使测到的波长变化更加准确的推导出金属丝的形状变化。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明光纤光栅的纤芯结构示意图；

图3是本发明光栅分布详细方案图；

具体实施方式

如下结合附图，对本申请方案作进一步描述：