[发明专利]一种双参量一体化传感器及其制备方法和监测系统

说明书

本发明公开了一种双参量一体化传感器及其制备方法和监测系统，通过去除光纤表面的涂覆层和包层去并除杂，在同一段裸纤上采用熔接机对除杂后的裸纤进行挤压熔接形成两个间隔的光纤粗锥，利用激光刻写方法在两个光纤粗锥之间的光纤中刻写光栅，从而得到双参量一体化光纤传感器，能够同时用于应变和温度参量的测量，通过在一根光纤上制作两个粗锥耦合点，构成马赫曾德尔传感器，并在传感臂上采用飞秒激光刻写技术制作光纤光栅，采用光纤结构，不易腐蚀且灵敏度高，不易受到电磁干扰，在同一个监测点上能够同时获取应变和温度参量，提高了测量精度和检测范围。

技术领域

本发明属于古建筑遗址保护技术领域，具体涉及一种双参量一体化传感器及其制备方法和监测系统。

背景技术

中国古代建筑是我国宝贵的文化遗产。随着岁月的侵蚀，古建筑结构在一定程度上会发生结构变形等不可挽回的损坏，对我国历史研究造成了巨大的损失。因此对古建筑进行结构监测保护，具有很高的必要性。光纤传感是以石英光纤作为信息的传输媒介，信号光作为信息的载体，利用外界环境因素的改变使得光在光纤中传播的波长等特征物理参量发生改变，从而对外界因素进行传感测量的技术。光纤传感器件具有抗电磁干扰、电绝缘性好、使用安全等诸多优点，它对传统的传感器起到提高与扩展的帮助，更重要的是，光纤类传感器件能完成传统的传感器难以或不能完成的传感测量任务。在古建筑健康管理监测时，一方面，古建筑应变数据的提取，对古建筑结构保护及健康分析至关重要；另一方面，应变的测量不可避免地要受到温度变化的影响，对温度数据的分离与提取，对古建筑结构保护同样重要，而目前常用的温度、应变传感器主要包括电阻测量、电容测量等电类传感器，该类传感器存在易受电磁干扰、灵敏度低、易于腐蚀氧化、同一个点上的温度、应变无法同时测量等不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双参量一体化传感器及其制备方法和监测系统，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双参量一体化传感器制备方法，包括以下步骤：

步骤1)、去除光纤表面的涂覆层和包层去并除杂；

步骤2)、在同一段裸纤上采用熔接机对除杂后的裸纤进行挤压熔接形成两个间隔的光纤粗锥；

步骤3)、利用激光刻写方法在两个光纤粗锥之间的光纤中刻写光栅，从而得到双参量一体化光纤传感器。

进一步的，在光纤上取1-5cm长度去除涂覆层和包层，将去除涂覆层和包层的裸纤部分采用酒精搽拭干净。

进一步的，将除杂后的光纤置于光纤熔接机的固定夹槽内，去掉初始复位程序，添加预应力，然后将防风盖按要求盖好后启动熔接机，在手动熔接模式下的挤压熔接。

进一步的，在裸纤上采用熔接机进行挤压熔接，保持其中一端步进机不动，使另一端步进机移动，完成一个光纤粗锥，然后保持另一个步进机不动，使其中一端步进机移动，完成另一个光纤粗锥制备。

进一步的，制备一个光纤粗锥时，熔接机上的步进机的推进距离为200μm～280μm，预熔时间在230ms～300ms。

进一步的，采用飞秒激光直写方法在光纤内刻写线条形成光栅结构。

进一步的，飞秒激光直写方法具体参数为：飞秒激光直写的环境温度为22℃～28℃，单次扫描距离为140μm～160μm，扫描速度设为900μm/s～1100μm/s，光束功率为142μW～144μW，光束能量为142nJ/pulse～144nJ/pulse，得到每毫米900～1100线的光纤光栅传感结构。

一种双参量一体化传感器，光纤上有两个间距为1-5cm的光纤粗锥，光纤粗锥的长度为410μm～415μm，光纤粗锥直径为165μm～170μm。