[发明专利]一种基于钇铝石榴石晶体衍生光纤的光纤高温应力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于钇铝石榴石晶体衍生光纤的光纤高温应力传感器及其制备方法，属于光纤传感领域，包括单模光纤和钇铝石榴石晶体衍生光纤；单模光纤上设有光纤布拉格光栅；钇铝石榴石晶体衍生光纤与两根单模光纤相熔接，两个熔接面作为两个反射面与钇铝石榴石晶体衍生光纤共同组成光纤法布里‑珀罗干涉仪。本发明通过法布里‑珀罗干涉仪和光纤布拉格光栅级联构成光纤高温应力传感器，光纤布拉格光栅和光纤法布里‑珀罗干涉仪对温度和应力的灵敏度各有差异，通过解光纤布拉格光栅和光纤法布里‑珀罗干涉仪的灵敏度矩阵的方法解决交叉干扰问题实现温度和应力的双参数测量。本发明具有体积小、耐高温、制备工艺简单和制备成本低等优点。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于钇铝石榴石晶体衍生光纤的光纤高温应力传感器及其制备方法。

背景技术

在航空航天、冶金和能源工业等领域，温度和应力是重要的参数，它对于环境的检测尤其重要。但对于苛刻环境下的检测，高温高压和一些腐蚀性气体使得传统的电子传感器很难持续稳定的测量，这对传感器的设计提出了巨大的挑战。光纤传感器凭借其体积小、重量轻、耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰、可实现分布式传感等优点得到人们广泛的关注。

目前光纤高温应力传感器应用的方案主要有光纤布拉格光栅型和法布里-珀罗干涉仪型。但是光纤布拉格光栅高温应力传感器和法布里-珀罗干涉仪高温应力传感器对温度和应力同时敏感，当需要测量其中单一参量时会受到另一参量的影响产生交叉干扰问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是：提供一种基于钇铝石榴石晶体衍生光纤的光纤高温应力传感器及其制备方法，该传感器是将光纤布拉格光栅和光纤法布里-珀罗干涉仪级联制备。其中光纤布拉格光栅和光纤法布里-珀罗干涉仪对温度和应力同时敏感，但是光纤布拉格光栅和光纤法布里-珀罗干涉仪对温度和应力的灵敏度各有差异，可通过解光纤布拉格光栅和光纤法布里-珀罗干涉仪的灵敏度矩阵的方法来解决交叉干扰问题实现温度和应力的双参数测量。另外使用钇铝石榴石晶体衍生光纤作为光纤法布里-珀罗干涉仪的干涉腔，该特种光纤具有超高的熔点、稳定的化学性能和机械强度，可用于高温环境下的应力测试。

本发明通过以下技术方案实现:

一种基于钇铝石榴石晶体衍生光纤的光纤高温应力传感器，包括第一单模光纤1、第二单模光纤2和钇铝石榴石晶体衍生光纤3；所述第一单模光纤1上设有光纤布拉格光栅6；所述钇铝石榴石晶体衍生光纤3的两端分别与第一单模光纤1、第二单模光纤2相熔接，熔接面分别为第一熔接面4和第二熔接面5，第一熔接面4和第二熔接面5作为两个反射面与钇铝石榴石晶体衍生光纤3共同组成光纤法布里-珀罗干涉仪。

优选地，所述钇铝石榴石晶体衍生光纤3与第一单模光纤1、第二单模光纤2均通过光纤熔接机熔接。

优选地，所述光纤光栅6为在第一单模光纤1上距离第一熔接面4的3mm-10mm处使用波长为515nm的飞秒激光逐点刻写的光纤布拉格光栅。

优选地，所述光纤布拉格光栅的初始波长和法布里-珀罗干涉仪的初始波长相差10nm-30nm。

一种基于钇铝石榴石晶体衍生光纤的光纤高温应力传感器的制备方法，具体步骤如下：

(1)钇铝石榴石晶体衍生光纤的制备；

具体步骤为：首先利用管棒法制作光纤预制棒，套管为一端收实的纯石英空心管，芯棒为钇铝石榴石晶体。然后利用光纤拉丝塔在高温下进行拉丝制成，拉制过程中纤芯的钇铝石榴石晶体材料由固态变为液态,与软化的玻璃包层发生扩散,并随着光纤的快速退火而凝固形成新的钇铝硅酸盐玻璃纤芯。

(2)光纤法布里-珀罗干涉仪的制备：包括两个法布里-珀罗干涉仪反射面制备；