[发明专利]基于应变增敏结构的光纤高温应变测量传感器

说明书

一种基于应变增敏结构的光纤高温应变测量传感器，空心光纤的一端熔接有第一单模光纤、另一端熔接有第二单模光纤，在空心光纤内形成光纤法布里‑珀罗干涉腔，第一毛细玻璃管套装在第一单模光纤上且靠近空心光纤一端与第一单模光纤之间用高温胶密封，使第一单模光纤在第一毛细玻璃管内呈悬空状态，第二毛细玻璃管套装在第二单模光纤上且靠近空心光纤一端与第二单模光纤之间用高温胶密封，使第二单模光纤在第二毛细玻璃管内呈悬空状态，第一毛细玻璃管和第二毛细玻璃管及第一单模光纤的中心线重合，位于第二毛细玻璃管内第二单模光纤的纤芯上刻写有热重生光栅。本发明具有制作简单、成本低、耐高温、应变灵敏度高、抗电磁干扰以及损耗小的优点。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及到一种基于应变增敏结构的光纤高温应变测量传感。

背景技术

随着现代超高速飞行器技术的快速发展，飞行器在超高速飞行过程中，逐步提高的速度不但带来了机动效率的提升，同时也产生了体表防热问题所引发的安全隐患。由于飞行器在超高速飞行过程中存在热障效应，所以需要实时监测特定关键部位温度应变参数，从而达到对飞行器的全方位监控，以防发生严重事故。然而，由于大多数传感器具有“温漂”现象，即传感器的信号输出在一定程度上随温度的变化而变化，因此，需要采取相应的技术手段减小甚至消除“温漂”现象，即使得传感器在特定部位对温度不敏感。目前光纤传感器因其具有小体积、抗电磁干扰强、高灵敏度等优点，在超高速飞行器智能蒙皮及发动机等高温狭小空间的压力测试及天平传感器的实时健康检测中广泛应用。然而，目前所报道的光纤传感器对温度的依赖性比较大，在高温环境下无法实现压力和应变的同时精确测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、灵敏度高、体积小、实现高温环境下低误差的温度应变同时测量的基于应变增敏结构的光纤高温应变测量传感器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于应变增敏结构的光纤高温应变测量传感器，空心光纤的一端熔接有第一单模光纤、另一端熔接有第二单模光纤，空心光纤和第一单模光纤及第二单模光纤的中心线重合，包层外径相同，在空心光纤内形成光纤法布里-珀罗干涉腔，第一毛细玻璃管套装在第一单模光纤上且靠近空心光纤一端与第一单模光纤之间用高温胶密封，使第一单模光纤在第一毛细玻璃管内呈悬空状态，第二毛细玻璃管套装在第二单模光纤上且靠近空心光纤一端与第二单模光纤之间用高温胶密封，使第二单模光纤在第二毛细玻璃管内呈悬空状态，第一毛细玻璃管和第二毛细玻璃管及第一单模光纤的中心线重合，位于第二毛细玻璃管内第二单模光纤的纤芯上刻写有热重生光栅。

作为一种优选的技术方案，所述的空心光纤与第一毛细玻璃管和第二毛细玻璃管之间的距离相等为10～15mm，所述的空心光纤内光纤法布里-珀罗干涉腔的长度为200～300μm、内径为19～100μm。

作为一种优选的技术方案，所述的热重生光栅栅区长度为10～15mm，波长为1530～1570nm，与空心光纤3之间的距离为20～30mm。

作为一种优选的技术方案，所述的第一单模光纤纤芯直径为8.2～9μm，包层直径为125μm，长度为20～30cm，第二单模光纤与第一单模光纤相等。

作为一种优选的技术方案，所述的第一毛细玻璃管的内径为318～368μm，外径为449～499μm，所述的第二毛细玻璃管与第一毛细玻璃管相等。

本发明的有益效果如下：

本发明采用光纤法布里-珀罗干涉结构传感级联热重生光栅传感，利用光纤光纤法布里-珀罗干涉结构良好的应变响应特点(0-900με)和热重生光栅优异的高温稳定性(1000℃)，热重生光栅用陶瓷胶密封在第二毛细玻璃管内，使其只受温度影响，光纤光纤法布里-珀罗干涉结构和热重生光栅具有相同的热膨胀系数和热光系数，所以由热重生光栅测得的温度值可以直接反演用于消除光纤法布里-珀罗干涉结构传感由温度影响所导致的波长漂移，之后光纤法布里-珀罗干涉结构传感剩余的波长变化量就是由应变变化所引起的。