[发明专利]用于高温应变测量的FP与再生FBG复合传感器

说明书

本发明公开了一种用于高温应变测量的FP与再生FBG复合传感器，包括第一FBG光纤，第二光纤，纯石英毛细管，陶瓷胶。本发明采用陶瓷胶将再生FBG传感器和FP传感器进行有效封装，所述再生FBG传感器用于温度测量，FP传感器用于温度和应变测量，通过光谱仪中解调的光谱信息，可实现温度和应变的分离。所述方法中采用的光纤及陶瓷胶均可在高温环境中工作，可实现在1000度高温下的温度和应变测量。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，具体涉及一种用于高温应变测量的FP与再生FBG复合传感器。

背景技术

应变，是指材料在外力和非均匀温度场等因素作用下，产生变形的程度。高温应变测量，是指对工作温度高于500℃的被测对象进行的应变测量，如对工作状态下的飞机发动机、核动力发动机、超临界发电机进行的应变测量。

基于电阻应变片的应变电测系统，在高于500℃的温度环境下，受电磁辐射干扰后，电阻应变片的测试稳定性较差，存活率也较低，且电阻应变片的电阻值受温度影响较大。

在光纤测量技术领域，宽带光源是光纤测量系统的必须组件。在其他条件相同的情况下，宽带光源产生的宽带入射光，光谱范围越宽，光纤测量系统的测量精度更高，测量结果更准确。

因此，对基于光纤法珀传感器的应变光测系统进行入射光改进，是光纤测量技术领域期望解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种用于高温应变测量的FP与再生FBG复合传感器，能够实现高温环境中温度应变的测量。

本发明的技术方案：一种用于高温应变测量的FP与再生FBG复合传感器，其中所述复合传感器包括，第一FBG光纤，第二光纤，纯石英毛细管，陶瓷胶；

所述复合传感器的制作方法包括以下步骤：

1)将刻写的第一FBG光纤光栅穿入纯石英毛细管；

2)将距离所述第一FBG栅区5mm的位置处切掉光纤，并将第一FBG固定于石英毛细管中央；

3)将一段端面平整的第二光纤穿入石英毛细管的另外一侧，与第一FBG端光纤形成FP复合传感器；

4)通过高温应变测量系统观察所述FP复合传感器的反射谱，调整第一FBG光纤和第二光纤位置至最优位置；

5)将陶瓷胶涂覆于第一FBG光纤、第二光纤和石英毛细管中，并进行固化。

优选的，步骤5)所述的陶瓷胶固化的步骤包括：常温固化10小时后，93.3℃固化3小时，121.1℃固化3小时。

优选的，步骤4)所述的高温应变测量系统包括依次连接的宽带光源，环形器，FP复合传感器，光谱仪。

优选的，所述第一FBG光纤为入射光纤，所述第二光纤为反射光纤，所述第一FBG为再生FBG。

优选的，复合传感器在高温应变测量时，温度变化量和热应力满足下式：

在进行温度测量时，光纤光栅测量出的温度变化为：

其中Δλ_B为解调仪解调出的中心波长变化量，α为第一FBG的热膨胀系数，ξ为热光系数，λ_B为第一FBG的布拉格中心波长；

在进行应变测量时，其中：

被测物的热应变ε_thermal＝α_object×ΔT (2)

其中α_object为被测物的热膨胀系数，ΔT为第一FBG所测得的温度变化。