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专利名称：一种改进的光纤光栅传感装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种测试仪器，尤其是一种光纤光栅传感装置。
背景技术：
光纤光栅是利用光纤芯层材料的光敏特性，通过紫外准分子激光器采用掩模曝光的方法使一段长度的光纤纤芯的折射率发生永久性改变，折射率的改变呈周期性分布，形 成布拉格光栅结构，当宽带入射光通过光纤光栅时，满足布拉格条件的波长被光栅反射回 来，其余波长的光被透射，反射光波长随光栅栅距的改变而改变。由于光栅栅距对环境温度 和应变非常敏感，因此，通过检测反射波长的变化可以计算出环境温度和应变的改变量。由于裸的光纤光栅直径只有125微米，在恶劣的工程环境中容易损伤，只有对其 进行保护性的封装(如埋入衬底材料中)，才能使光纤光栅具有更稳定和更可靠的传感功 能。通过设计封装的结构，选用不同的封装材料，可以使光纤光栅实现更多的功能。目前，光 纤光栅传感器可以检测的物理量包括温度、应变、应力、位移、压强、扭角、扭力(扭应力)、 加速度、电流、电压、磁场、频率及浓度等。光纤光栅在受到应力和温度的影响时，光栅的中心波长会发生变化。对于裸光纤 光栅，一个微应变会导致光栅的中心波长变化约0. 0017nm ；每度的温度变化会导致光栅的 中心波长变化0. 0098nm。不难看出，在应变和温度交叉影响光栅的中心波长变化过程中， 温度的影响要远大于应变的影响。在实际应用中、经常在应力传感光栅附近串联或并联一 个参考光栅，用于消除温度变化的影响。但由于参考光栅与应力传感光栅不能完全处于同 一位置且传感器结构的不同，参考光栅不能准确及时的反映出应力传感光栅所受的温度影 响，导致影响应变测量的精确性。光纤光栅传感器在封装完成后，都需要按照设计指标进行标定，从而确定传感器 输入量与输出量之间的对应关系。现有技术最主要的缺陷是1)使用温度为-40°C到150°C的范围内，无法测量 250°C的高温。2)采用金属材料封装，给高压电缆的测量带来极大的风险。3)只能单独测 量温度或者应变，不能用一个传感器测量温度和应变。

实用新型内容针对上述问题，本实用新型旨在提供一种绝缘且极耐高低温的，可同时测量高压电缆的轴向应变和工作环境温度的光纤光栅传感装置。为实现该技术目的，本实用新型的方案是一种改进的光纤光栅传感装置，由光栅 光纤和传感组件组成，所述光栅光纤包括两个不同波长光栅的双光栅，分别是小波长光栅 和大波长光栅，所述两光栅的中心波长的大小相差至少为6nm ；所述小波长光栅段密闭封 装在第一毛细管内只受温度影响，所述大波长光栅段的外侧固定在第二毛细管内；所述传 感组件包括外封装圆管和固定锚，其中，外封装圆管是聚酰亚胺材质的长圆管，两端各设有 用于固定毛细管的螺纹孔；固定锚为半“工”字形，聚酰亚胺材质，固定在外封装圆管的两端作为光纤传感器与被测物体之间的连接点。作为一种改进，所述第一毛细管与小波长光栅段的两端用353ND胶水密闭固定； 所述第二毛细管与大波长光栅段外侧光纤用353ND胶水固定。作为一种改进，所述第一、第二毛细管均为3mm的管径。作为更进一步的改进，在固定锚的末端，分别安装有一个能耐高低温的防水接头。本方案的传感装置同时测量高压电缆的轴向应变和工作环境的温度。此传感器 专门为高压电缆设计，使用特殊的绝缘材料封装而成，可在-40°C到250°C的环境下正常工 作，实现单个传感器同时测量高压电缆的轴向应变和工作环境的温度。

图1为本实用新型的双光栅毛细管封装示意图。图2为本实用新型的外封装圆管的横截面剖视图。图3为本实用新型的固定锚的主透视图。图4为本实用新型的固定锚的仰透视图。
具体实施方式
以下结合附图，根据具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。本实用新型所用的光纤光栅是一个双光栅，也就是在同一根光纤上连续制作两个 不同波长的光栅。目前对于光栅的制作水平，可以在同一根光纤上连续制作20多个光栅。 图1中，1段部分的光栅的中心波长为小波长，2段部分的光栅的中心波长为大波长，且两者 的中心波长的大小相差至少为6nm，以免两者的中心波长变化而导致波长重叠。对于图1中 的两个光栅，使用两个毛细钢管进行封装，图中，小波长光栅段被封装在第一毛细管1内， 两端用353ND胶水将光纤和毛细管固定好，使光栅只受温度的影响而不受外力的影响；在 大波长光栅段的外侧，将光纤穿入第二毛细管2内，用353ND胶水将光纤和毛细管固定好。 两个毛细管的直径都是3mm。如图2所示，在本具体实施例中，外封装圆管为聚酰亚胺圆管，其两端各带一个的 螺丝孔。将图1中内封装好的光栅放入图2的圆管中，使第一毛细管和第二毛细管分别露 出圆管两端各几个毫米。先通过圆管一端的螺丝孔，将一个毛细管固定；然后施加一定的拉 力给另外一个毛细管，保持拉力的同时，通过圆管另外一端的螺丝孔将第二个毛细管固定。外封装圆管的两端各安装上一个如图3、4所示的半“工”字形的固定锚，作为光纤 传感器与被测物体之间的连接点。固定锚的材料为聚酰亚胺。通过拉伸或压缩传感器两端 的固定锚，双光栅中大波长中心波长会发生变化；传感器工作环境的温度发生变化，双光栅 中小波长光栅和大波长光栅的中心波长都会发生变化。最后在传感器的固定锚的两边，各加上一个能耐高低温(-40°C -300°C )的防水 头，使传感器具有良好的防水特性。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本 实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本 实用新型技术方 案的保护范围之内。
权利要求一种改进的光纤光栅传感装置，由光栅光纤和传感组件组成，其特征在于所述光栅光纤包括两个不同波长光栅的双光栅，分别是小波长光栅和大波长光栅，所述两光栅的中心波长的大小相差至少为6nm；所述小波长光栅段密闭封装在第一毛细管(1)内只受温度影响，所述大波长光栅段的外侧固定在第二毛细管(2)内；所述传感组件包括外封装圆管和固定锚，其中，外封装圆管是聚酰亚胺材质的长圆管，两端各设有用于固定毛细管的螺纹孔；固定锚为半“工”字形，聚酰亚胺材质，固定在外封装圆管的两端作为光纤传感器与被测物体之间的连接点。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅传感装置，其特征在于所述第一毛细管与小波长 光栅段的两端用353ND胶水密闭固定；所述第二毛细管与大波长光栅段外侧光纤用353ND 胶水固定。
3.根据权利要求2所述的光纤光栅传感装置，其特征在于所述第一、第二毛细管均为 3mm的管径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤光栅传感装置，其特征在于在固定锚的 末端，分别安装有一个能耐高低温的防水接头。
专利摘要本实用新型公开了一种绝缘且极耐高低温的，可同时测量高压电缆的轴向应变和工作环境温度的光纤光栅传感装置，它由包括两个不同波长光栅的双光栅光纤和传感组件组成；所述传感组件包括外封装圆管和固定锚，其中，外封装圆管是聚酰亚胺材质的长圆管，两端各设有用于固定毛细管的螺纹孔。本方案的传感装置可同时测量高压电缆的工作环境的温度和轴向应变，因使用特殊的绝缘材料封装而成，可在-40℃到250℃的环境下正常工作。
文档编号G01K11/32GK201594019SQ20092026060
公开日2010年9月29日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者赵德春 申请人:赵德春