[发明专利]一种埋入式多参量光纤复合传感器及其制作方法

说明书

一种埋入式多参量光纤复合传感器及其制作方法，传感器包括激光刻写的光纤光栅，光纤光栅一端外周包裹于激光刻写的蓝宝石光纤构建端帽型FPI内，二者共同构成光纤探头埋于涡轮发动机叶片根部；首先，以光纤纤芯为对称轴，在轴线的两侧基于飞秒激光刻写工艺刻写光纤光栅，制作长栅线型光纤光栅基本结构；其次，用制得的长栅线型光纤光栅基本结构，制作一体化高温、高压集成光纤传感器，并对其进行全光谱信号解调；再对制作得到的一体化高温、高压集成光纤传感器3D打印埋入发动机涡轮叶片；制得光纤集成传感器，具有耐高温、抗高压、抗电磁干扰、耐氧化的优点，适用于高温、高压的航空发动机涡轮叶片的相关参数的测量。

技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，具体涉及一种埋入式多参量光纤复合传感器及其制作方法。

技术背景

随着发动机性能的不断提高，对发动机高温、高压工况下的健康监测提出了更加严峻的挑战。其中，叶片是发动机中最薄弱件和关键件，其故障率极高。目前，高温、高压气流冲击下的发动机涡轮叶片状态参量的准确测量是亟待解决的关键科学和技术难题。温度、压应力是影响航空发动机涡轮叶片工作状态的重要参数，对于评估发动机状态、预防航空事故发生具有重要意义。传统温压传感器是通过封装结构集成热电偶温度传感器和膜片型压力传感器实现温压测量。其测量方法是通过热电偶的热电效应感知温度，通过膜片变形感知压力；由于传统方法封装结构大且不易于集成，温压耐受程度低，在极端环境下难以进行可靠而准确的测量，因此需进一步探索新型高温、高压传感方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种埋入式多参量光纤复合传感器及其制作方法，基于飞秒激光刻写工艺和光纤3D打印埋入方法，制作适用于高温、高压等恶劣环境的航空发动机涡轮叶片的光纤集成传感器，具有耐高温、抗高压、抗电磁干扰、耐氧化的优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种埋入式多参量光纤复合传感器，包括激光刻写的光纤光栅3，所述光纤光栅3一端外周包裹于激光刻写的蓝宝石光纤构建端帽型FPI4内，二者共同构成光纤探头5埋于涡轮发动机叶片根部。

所述光纤光栅3的长度为8-10mm，光栅单位范围内的线数为9000线-10000线，光纤纤芯直径为60um-100um，包层的直径为100um-130um。

所述光纤光栅3位于蓝宝石光纤构建端帽型FPI4内的端面与同方向的蓝宝石光纤构建端帽型FPI4的端面间的厚度小于2mm。

一种埋入式多参量光纤复合传感器的制作方法，具体包括以下步骤：

步骤一、以光纤纤芯为对称轴，在轴线的两侧基于飞秒激光刻写工艺刻写光纤光栅3：

1)用质量浓度为75％-90％的酒精擦拭光纤，除去包层上的残渣，将其表面清洁干净；

2)将步骤一第1)步除去涂覆层的光纤端平整放置，用光纤切刀进行切割，切割时，刀口与光纤轴线垂直；

3)将步骤一第2)步切割好的光纤端头放入超声清洗仪用高频档位振动5-8分钟，保证去除留在光纤端面上的残余光纤屑，通过端面检测仪进一步检查光纤端面的平整度和洁净度，保证光纤端面的高反射率；

4)将步骤一第3)步处理过的光纤端头置于载玻片上，通过激光器物镜的聚焦，将飞秒级激光束先聚焦在载玻片上的光纤端头，调节激光器物镜与载物平台间的距离为1cm-2cm，刻写行程距离大于125um-250um，光纤光栅长度8-10mm，光栅单位范围内的线数9000线-10000线，光纤纤芯直径60um-100um之间，包层的直径为100um-130um，刻写深度90-100um，刻写制作得到光纤光栅3；

步骤二、用步骤一制得的光纤光栅3，制作一体化高温、高压集成光纤传感器：