[实用新型]一种在极端低温环境下使用的光栅多功能传感器

说明书

本实用新型公开了一种在极端低温环境下(77K～4.2K)使用的光栅多功能传感器，包括多个刻有不同初始波长的布拉格光纤光栅，多个布拉格光纤光栅的光信号通过光纤分光器汇集到输出光纤，多个布拉格光纤光栅位于二维面上或三维空间内，用于测量及监测包括平面和弧面的多方向应变和温度、空间三维方向的多方向应变和温度以及结构/材料内部的多方向应变和温度。本实用新型克服了在极端低温环境下(77K～4.2K)现有技术中布拉格光纤光栅传感器的力学性能差、复杂的多方向、多物理量的测量方法以及不能实现空间三维方向的应变和温度测量等不足，实现了在极端低温环境下平面和弧面、空间三维方向以及结构/材料内部的多方向应变和温度的同步测量及监测等多功能优点。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体的说是一种在极端低温环境下使用的光栅多功能传感器。

背景技术

布拉格光纤光栅传感器，属于光纤传感器的一种，其传感过程是通过外界物理量对布拉格光纤光栅波长的调制来获取传感信息，可实现对温度、应变等物理量的直接测量。

现有技术中，布拉格光纤光栅传感器主要针对被测结构或材料进行单一方向、单一物理量的测量或监测，使用温度范围大都在77K以上，且以结构或材料表面的物理量测量为主。综上所述，在极端低温环境(77K～4.2K)下，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下缺陷：

(1)不能实现空间三维方向和结构/材料内部的应变和温度的测量及监测：在极端低温环境 (77K～4.2K)下，目前的布拉格光纤光栅传感器只是针对结构/材料表面进行单一方向、单一物理量的测量，不能实现空间三维方向和结构/材料内部的应变和温度的测量及监测；

(2)极端低温环境下(77K～4.2K)布拉格光纤光栅的力学性能不好：目前以布拉格光纤光栅传感技术为基础的应变及温度传感器，其使用的温度范围大都在77K以上，但是在极端低温环境下(77K～4.2K)，由于布拉格光纤光栅本身为脆性材料，同时使用了在极端低温环境下(77K～4.2K)力学性能较差的涂层材料(或封装材料)，会导致布拉格光纤光栅的解调信号出现“多峰现象”，甚至会损坏布拉格光纤光栅。

(3)复杂的多方向、多物理量的同步测量及监测的方法：在极端低温环境下(77K～4.2K) 下，目前的布拉格光纤光栅传感器若要实现“定点”处多方向和多物理量的测量或监测，一般采用以下两种方式：

一种是运用多个单点式布拉格光纤光栅传感器(一根光纤上只有一个布拉格光栅传感器)配合/组合使用，分别以不同的角度安装在被测物体表面，用于测量应变或温度，但这种方式极大的增加了输出光纤(用来传输光信号到光纤解调仪上)的数量，给实验操作带来极大的不便；

另一种方式是运用准分布式光纤光栅传感器，这种结构的传感器是将多个布拉格光栅传感器沿着光纤每间隔一段距离，依次排列在一根光纤上，这种结构的传感器在进行“定点”测量时需要将其所有的布拉格光纤光栅“弯转移动”到“定点”位置处，但这种做法不但会导致错综复杂的光纤走线，而且极有可能在极端低温环境下(77K～4.2K),由于光纤的“弯转半径”过小而破坏光纤，给实验操作带来极大的不便；

另外，在变低温环境下，目前的布拉格光纤光栅传感器在进行应变测量或监测时需要进行温度补偿，这又为实验操作带来了极大的不便。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种在极端低温环境下(77K～4.2K)使用的光栅多功能传感器，不仅能够在极端低温环境(77K～4.2K)下工作，而且能够实现二维面上或三维空间内的多方向、多角度的应变和温度的测量及监测。