[发明专利]一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器

说明书

本发明涉及光纤光栅温度增敏传感器技术领域，尤其为一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器，包括光纤光栅、大热膨胀系数基底、大热膨胀系数上盖，大热膨胀系数基底和大热膨胀系数上盖的长度相同，光纤光栅的光栅部分的涂覆层被全部去除，被去除涂覆层的光栅全部粘贴在基底和上盖之间，大热膨胀系数基底和大热膨胀系数上盖完全重合。本发明，现有基于大热膨胀系数材料粘贴式光纤光栅温度增敏传感器的结构是把光纤光栅直接粘贴到基底上，在原有结构的基础上，当光纤光栅粘贴到基底上以后，在光纤光栅上又盖了一层和基底材料相同的上盖。这样，该大热膨胀系数材料对光纤光栅的拉伸更加充分；它们形变的一致性更高。

技术领域

本发明涉及光纤光栅温度增敏传感器技术领域，尤其是基于大热膨胀系数材料粘贴式光纤光栅温度增敏传感器。

背景技术

光纤光栅具有许多其它传感器无法比拟的优点：全光测量，在监测现场无电气设备，不受电磁及核辐射干扰；以反射光的中心波长表征被测量，不受光源功率波动、光纤微弯效应及耦合损耗等因素的影响；使用寿命长等等。现阶段，光纤光栅传感器在很多领域都有了实际的工程应用，并已经初步形成规模。

光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，即外界入射光子和纤芯相互作用而引起后者折射率的永久性变化，用紫外激光直接写入法在单模光纤的纤芯内形成的空间相位光栅，其实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜。光纤光栅属于反射型工作器件，当光源发出的连续宽带光通过传输光纤射入时，它与光栅发生耦合作用，光栅对该宽带光有选择地反射回相应的一个窄带光，并沿原传输光纤返回；其余宽带光则直接透射过去。反射回的窄带光的中心波长值(也叫Bragg波长)为：

λ_B＝2n_effΛ

上式中，n_eff为光纤光栅的有效反射系数，Λ为光纤光栅的相邻两个栅隔之间的几何距离。当温度变化时，引起返回波长变化量相对温度变化量的灵敏度为：

Δλ_B/ΔT＝[(1-P_e)ε+ζ]λ_B (1)

其中，P_e为光纤光栅的有效弹光常数；ε为单位温度变化下光纤光栅的应变量；ζ为光纤光栅的热光系数。

如果不对光纤光栅进行增敏，ε为其热膨胀系数。光纤光栅的主要成分是石英；其热膨胀系数很小，约为0.5×10^-6/℃。因此，光纤光栅固有的温度分辨率很低，约0.1℃/pm。这在很多应用领域都无法满足要求。

为了提高其温度灵敏度，可以利用光纤光栅对温度和应变同时敏感的特性，把光纤光栅直接粘贴在大膨胀系数材料上，使得ε从光纤光栅的热膨胀系数变化为高热膨胀系数材料的热膨胀系数。当被测温度变化时，高热膨胀系数材料的形变带动光纤光栅形变，从而增大了光纤光栅的形变量和其返回波长变化量。与其它光纤光栅温度增敏方法相比，这种方法简单、有效。然而，在形变从大热膨胀系数材料传递给光纤光栅的过程中，传递比例无法达到100％。例如，因温度变化的影响，大热膨胀系数材料的应变变化了0.1％；光纤光栅的应变可能仅变化了0.09％。在实验中，增敏后的温度灵敏度也常常小于理论预期；这往往是因为应变在传递过程中的损失造成的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。所述基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器提高了应变传递的比例、减小应变在传递过程中的损失。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基底加上盖式光纤光栅温度增敏传感器，包括光纤光栅、大热膨胀系数基底、大热膨胀系数上盖，该光纤光栅的光栅部分的涂覆层被全部去除，所述被去除涂覆层的光栅部分全部粘贴在该大热膨胀系数基底和大热膨胀系数上盖之间。

优选的，所述大热膨胀系数基底和大热膨胀系数上盖的长度相同。