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专利名称：应变和温变同时测量的单光纤光栅封装方法及其传感器的制作方法
技术领域：
本发明是光纤传感领域里的一种发明设计，特别是一种应变和温度同时测量的单光纤光栅传感器，属于传感技术领域。
由于传感头上的应变可以由压力、应力等力学量施加产生，因此，应变传感可以通过压力传感(包括应力传感、位移传感等)来实现。于是，压力-温变关系式为ΔλB1/λB1ΔλB2/λB2=η11(P)η12(T)η21(P)η22(T)×PΔT.....(2)]]>式中P是压力，η(P)是压力系数。η(P)与η(ε)的关系为η(P)=-(1-2μ)Eη(ϵ).......(3)]]>式中μ、E分别是化学聚合物的泊松比、杨氏模量。
也可将一只光纤光栅分成几段，依次进行封装，同时测量几个参数。
本发明的有益效果是利用一只光纤光栅设计的传感器，在各种场合和场地可同时测量应变和温度。
图2是应变和温变同时测量的单光纤光栅传感器结构示意图。其中，宽带光源5，波长测试仪6，光纤耦合器7，匹配液8，压力罐9，压力表10。
在具体实施例子图2中，传感器包括光纤布拉格光栅1，带包层的光纤2，化学聚合物甲3，化学聚合物乙4，宽带光源5，波长测试仪6，2×2光纤耦合器7，匹配液8，压力罐9，压力表10。连接方式2×2光纤耦合器7一侧的两根光纤，一根插入匹配液8，另一根连接已封装的光纤布拉格光栅1，并将其放入压力罐9中，压力表10与压力罐9相连；2×2光纤耦合器另外一侧的两根光纤，一根接宽带光源5，另一根接波长测试仪6。
传感器所用的光纤布拉格光栅是利用相位掩膜法制作的，其长度10mm，中心反射波长为1550.39nm，峰值反射率为80％，谱宽为0.33nm。图3是聚合物封装前后光纤光栅的反射谱图。其中，(a)是封装前光纤光栅的反射谱图，(b)是封装后光纤光栅的反射谱图。由图3可知，封装后的光纤光栅在1540.50nm和1550.30nm处出现两个反射峰(分别称之为峰1和峰2)。
根据实际测量数据，得到的(2)式测量拟合值为 由(4)式可知，反射峰1的压力系数是-5.24×10-5/MPa，温变系数是5.69×10-5/℃；反射峰2的压力系数是-1.98×10-6/MPa，温变系数是6.58×10-6/℃。
实用中，测量压力和温变时，系统首先测量传感光纤光栅的两个反射峰之间的波长差，然后由相关的软件根据(4)式即可得到压力P和温变ΔT的具体数值。
权利要求
1.一种应变和温变同时测量的单光纤光栅的封装方法，用化学聚合物封装光纤，其特征在于将一只光纤光栅分成甲乙两段，甲段封装于化学聚合物甲中，然后将光纤光栅整体封装于化学聚合物乙中。
2.根据权利要求1所述的应变和温变同时测量的单光纤光栅的封装方法，其特征在于所述的化学聚合物甲是聚酰胺类树脂，化学聚合物乙是聚胺脂类树脂；或聚合物乙是聚酰胺类树脂，化学聚合物甲是聚胺脂类树脂。
3.根据权利要求1所述的应变和温变同时测量的单光纤光栅的封装方法，其特征在于所述的光纤光栅聚合物封装形状是长方体或圆柱体。
4.根据权利要求1所述的应变和温变同时测量的单光纤光栅的封装方法，其特征在于所述的光纤光栅为光纤布拉格光栅。
5.根据权利要求1所述的应变和温变同时测量的单光纤光栅的封装方法，其特征在于甲乙两段长度的比是1∶(1～3)，或(1～3)∶1，最佳比例是1∶1。
6.根据权利要求1所述的应变和温变同时测量的单光纤光栅的封装方法，其特征在于可将一只光纤光栅分成几段，依次进行封装，可以同时测量几个参数。
7.根据权利要求1所述的方法设计的传感器，其特征在于传感器包括光纤布拉格光栅(1)，带包层的光纤(2)，化学聚合物甲(3)，化学聚合物乙(4)，宽带光源(5)，波长测试(6)，2×2光纤耦合器(7)，匹配液(8)，压力罐(9)，压力表(10)，其连接方式2×2光纤耦合器(7)一侧的两根光纤，一根插入匹配液(8)，另一根连接已封装的光纤布拉格光栅(1)，并将其放入压力罐(9)中，压力表(10)与压力罐(9)相连；2×2光纤耦合器另外一侧的两根光纤，一根接宽带光源(5)，另一根接波长测试仪(6)。
8.根据权利要求7所述的传感器，其特征在于所述的光纤耦合器是2×2或1×2光纤耦合器。
全文摘要
本发明是一种应变和温变同时测量的单光纤光栅封装方法及其传感器，是光纤传感领域里的一种发明设计，特别是一种应变和温变同时测量的单光纤光栅传感器，属于传感技术领域。将一根分成两段，用两种不同的化学聚合物分别对光纤光栅进行封装，使用光纤光栅、宽带光源，波长测试仪，2×2光纤耦合器，匹配液，压力罐，压力表组装成传感器，封装后的光纤光栅受到外界作用时，光纤光栅的反射谱中将出现两个反射峰，只要测得两个反射峰之间的波长差，即可实现应变和温变的同时测量。
文档编号G01D5/26GK1412530SQ02156479
公开日2003年4月23日 申请日期2002年12月18日 优先权日2002年12月18日
发明者开桂云, 张伟刚, 董孝义, 袁树忠, 赵启大, 刘志国 申请人:南开大学