[发明专利]温度不敏感的光纤二维倾角传感器

说明书

本发明涉及一种温度不敏感的光纤二维倾角传感器，所述传感器包括一个陶瓷插芯、四个单模光纤和两个光纤光栅；四个单模光纤竖直贯穿插入一个陶瓷插芯中，并且使四个单模光纤的横截面呈正方形分布；四个单模光纤中其中两个相邻的光纤纤芯中分别写入光纤光栅，即两个光纤光栅的位置分别位于四个单模光纤所组成光纤束的两个正交平面上；每个光纤光栅的一部分位于陶瓷插芯内部，另一部分位于陶瓷插芯外部且位于陶瓷插芯内外光纤光栅的长度相等。克服现有技术的不足，解决了现有倾角传感器在传感过程中容易受到温度变化对传感结果引起的误差，并且在仅用两个FBG的前提下，实现了二维倾角传感。

技术领域

本发明涉及土木工程以及结构安全监测技术领域，具体涉及一种温度不敏感的光纤二维倾角传感器。

背景技术

倾角传感器是土木工程以及结构安全监测的一个重要部分，它被广泛应用于桥梁倾斜监测、边坡监测、大坝滑坡监测等领域。其中光纤倾角传感器凭借着其固有的抗电磁干扰强，灵敏度高，体积小，易于复用等优势广受研究人员的青睐。

R Yang，等人提出一种基于摆锤结构的光纤二维倾角传感器，该传感器通过讲两个FBG粘贴在由两种不同材料组成摆锤臂的交界处，并使得两个FBG处于两个正交平面。当传感器倾斜时，组成摆锤臂的两种材料将会产生不同的应变，导致FBG的反射谱分裂，通过测量FBG反射谱两个分裂峰之间的间距，实现二维温度不敏感的倾角传感。不过该传感器体积较大并且通过粘胶传递摆锤的应变，因此会受到粘胶老化对传感精度造成的误差。(RYang,H Bao,S Zhang,et al.Simultaneous measurement of tilt angle andtemperature with pendulum-based fiber Bragg grating sensor[J].IEEE SensorsJournal,2015,15(11):6381-6384.)。此外，D Zheng等人通过在一个陶瓷插芯中放入一个带有FBG的偏芯光纤，通过对比陶瓷插芯内外部分FBG的波长漂移，实现一维温度不敏感的倾角传感。该传感器只能实现一维倾角传感，并且需要偏芯光纤与普通单模光纤熔接来传递光信号，增加了设备的复杂程度。(D Zheng,Z Cai,I Floris,et al.Temperature-insensitive optical tilt sensor based on a single eccentric-core fiber Bragggrating[J].Optics Letters,2019,44(22):5570-5573.)。

然而现有的倾角传感器仍存在一些不足，例如无法实现消除温度变化对倾角传感误差的影响，无法实现二维倾角同时测量，传感器体积大，结构复杂等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种温度不敏感的光纤二维倾角传感器，克服现有技术的不足，解决了现有倾角传感器在传感过程中容易受到温度变化对传感结果引起的误差，并且在仅用两个FBG的前提下，实现了二维倾角传感。

本发明所采用的技术方案为：

温度不敏感的光纤二维倾角传感器，其特征在于：

所述传感器包括一个陶瓷插芯、四个单模光纤和两个光纤光栅；

四个单模光纤竖直贯穿插入一个陶瓷插芯中，并且使四个单模光纤的横截面呈正方形分布；

四个单模光纤中其中两个相邻的光纤纤芯中分别写入光纤光栅，即两个光纤光栅的位置分别位于四个单模光纤所组成光纤束的两个正交平面上；每个光纤光栅的一部分位于陶瓷插芯内部，另一部分位于陶瓷插芯外部且位于陶瓷插芯内外光纤光栅的长度相等。

陶瓷插芯底部与单模光纤接触部分采用环氧树脂或焊锡密封。

陶瓷插芯底部至单模光纤尾端均匀涂抹有UV胶，UV胶固化令4个单模光纤形成一束光纤束。

光纤束尾端滴有环氧树脂，环氧树脂固化形成的小球作为底部荷载。