[发明专利]一种光纤光栅应变器

说明书

本发明提供一种光纤光栅应变传感器，包括：基片；两个补偿臂，对称设置在所述基片的两侧，所述补偿臂的上端接近所述基片中心的一侧设置光纤固定点，所述补偿臂的下端远离所述光纤固定点的一侧与所述基片固定；以及光纤光栅，通过光纤固定点设置在两个所述补偿臂上。本发明通过设置补偿臂的膨胀方向与基片的膨胀方向相反，使基片和补偿臂的膨胀量和膨胀方向的不同，补偿了光纤光栅的膨胀量，排除了温度交叉干扰。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，更具体地，涉及消除温度影响的光纤光栅应变器。

背景技术

光纤布拉格光栅是一种非常有实用价值的光学传感器，具有体积小、抗电磁干扰等优点。由于光纤光栅具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，已经在桥梁、隧道、建筑等大型复杂结构变形监测和石化、供电设施温度监测等方面得到越来越广泛的应用。

目前，光纤布拉格光栅在实际传感测量中，存在应变和温度交叉敏感问题，应变和温度的变化均会使其布拉格波长发生变化。这就导致了光纤光栅应变传感器在测量应变时，会引入温度干扰。当前大量研究工作是利用双光栅或者其他结构，同时测量温度和应变，再对应变量进行温度补偿。这些方法大多使用多个光栅或者系统结构复杂。因此，制作结构简单、排除温度干扰的光纤光栅应变传感器是目前应变传感领域的一个热点问题。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的光纤光栅应变器。

根据本发明的一个方面，提供一种光纤光栅应变传感器，包括：

基片；

两个补偿臂，对称设置在所述基片的两侧，所述补偿臂的上端接近所述基片中心的一侧设置光纤固定点，所述补偿臂的下端远离所述光纤固定点的一侧与所述基片固定；以及

光纤光栅，通过光纤固定点设置在两个所述补偿臂上；

所述补偿臂和基片的关系为：

a₁L₁+a_fL_f-2a₂L₂＝0

其中，a₁为基片的线膨胀系数、a₂为补偿臂的线膨胀系数、a_f为光纤光栅的线膨胀系数、L₁为基片的有效长度、L₂为补偿臂的有效长度、L_f为两个光纤固定点的距离。

本申请通过设置补偿臂的膨胀方向与基片的膨胀方向相反，使本光纤光栅应变器在环境温度变化时，通过基片和补偿臂的膨胀量和膨胀方向的不同，补偿了光纤光栅的膨胀量，实现了温度自补偿，排除了温度交叉干扰。

附图说明

图1为现有技术中光纤光栅应变传感器的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的光纤光栅应变传感器的俯视图；

图3为根据本发明实施例的光纤光栅应变传感器的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1示出了现有技术中光纤光栅应变传感器的结构示意图。如图所示，该装置仅包括基片101，基片101沿应变方向设置放置光纤光栅103的V形槽102。由于光纤光栅103是直接和基片接触，在实际传感测量中，存在应变和温度交叉敏感问题，应变和温度的变化均会使其布拉格波长发生变化，导致光纤光栅应变传感器在测量应变时引入温度干扰。