CN114322814B - 一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器，包括尾纤，尾纤外套设有套管；套管与尾纤的两端通过高温胶固接；尾纤的一端熔接有蓝宝石光纤的一端，蓝宝石光纤的另一端研磨成斜角；蓝宝石光纤中刻写第一光栅和第二光栅；第二光栅套设固接有保护套；蓝宝石光纤外套设固接有浇铸金属。本发明结构合理，能够实现单模***传输，有效滤除高阶模式，减小3dB带宽，提高测量精度；避免了多模***的不稳定性，以及测量精度低等问题；同时可以实现高温状态下的应变测量难题，采用金属浇筑技术可以有效提高传感器的抗冲刷能力，满足发动机内部、火箭尾喷口等复杂冲刷力热环境的高温应变测量应用。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感器技术领域，特别是涉及一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器。
背景技术
温度应变传感器在国防工业、材料化工、建筑健康监测和安防维护等方面具有广泛的应用价值。随着航空航天技术、高新材料冶炼、国防工业等领域的发展，对温度应变传感器提出了耐受温度更高、抗电磁干扰、抗冲刷、抗腐蚀、高灵敏度、小型化、使用寿命长等新的要求。现有商用温度传感器大多为基于热电动势、热电阻式的接触式电学传感器以及基于热成像原理的非接触式传感器，而商用应变传感器大多为基于铂片式、焊接式和线绕式的电学应变传感器，这两类传感器或多或少受限于电磁干扰、材料耐受温度有限、体积较大、单一变量测量等问题，难以满足复杂环境下(如1600℃以上的超高温环境)的温度和应变的双参量同时测量。
光纤传感器具有体积小、成本低、灵敏度高、结构紧凑、便于集成复用、并可实现多参量原位同时测量等优点，这为新型高温应变传感***的研究提供了新的技术思路，并且已经在该方面取得了许多成果。目前光纤温度传感器主要有Bragg光纤光栅型、黑体辐射型、荧光传感型以及法布里-珀罗(Fabry-Perot)型。其中，Bragg光纤光栅型温度传感器主要通过光纤光栅的热光效应和热膨胀效应影响光谱特定波长的漂移，从而实现温度测量。但是现有Bragg光纤光栅型温度传感器主要受限于光纤材料本身的耐受温度，采用普通熔石英光纤光栅制作的温度传感器最多可以测量1200℃左右的高温，很难满足更高温度的测量需求。黑体辐射性光纤温度传感器主要由光纤和附在光纤尖端上的不透明空腔组成。通过普朗克定律可知，在光纤末端检测到的光谱辐射通量与腔体的温度有关，从而通过测量光谱强度或强度分布获得温度信息。黑体传感器理论上可以在很宽的温度范围内工作。但是，由于辐射强度与温度几乎成指数关系，因此在较低温度区域的信号强度较弱，因此实现温度的全范围精确测量对于黑体辐射温度传感器是一个很大的问题。与之相反，荧光型温度传感器由于受荧光材料本身的限制，只适合测量低温。该种传感器是基于与温度相关的荧光衰减时间或适当材料的荧光强度实现的温度传感的。由于荧光淬灭效应在高温下荧光强度较弱，同时高温下黑体辐射的背景噪声变强，使得这种传感原理的光纤传感器高温传感信噪比较差，限制了其在高温测量中的应用。
而当前关于高温状态下结构体原位应变的测试方法与传感器主要分为两种：电学式和光学光纤式；其中电学式主要包含箔式应变计、焊接式应变计和线绕式应变计这三种应变传感器，就工作温度而言，线绕式可以工作在1000℃，焊接式最高可以工作在600℃，箔式工作温度更低；光学光纤式主要包括石英光纤应变传感器和蓝宝石光纤应变传感器。石英光纤应变传感器最高可以工作在1000℃，而对于1000℃以上的应用环境则只能采用基于蓝宝石光纤(熔点为2050℃)的应变传感测试技术。除此之外，还需要说明的是，箔式、焊接式应变计等电学式应变计，应用时需电信号输出线，这不仅限制了其使用的温度，同时还会受到电磁干扰等。并且有些电学式应变传感器体积较大，甚至需要在发动机上打孔测量，容易影响被测对象本身的结构。蓝宝石光纤应变传感器集光纤传感器的体积小、抗电磁干扰、易于复用等优点，同时又具有蓝宝石材料的抗温高(熔点为2050℃)、硬度大(莫氏9)等特点，将蓝宝石光纤应用于光纤高温应变传感器是一种可行的方案。目前已有蓝宝石光纤光栅高温应变传感器主要测量***都是基于多模光纤***(如中国专利CN210774419U，其***组成并未提及多模解决方式，测量***存在不确定性)，存在较多高阶模式，信号易受到光纤震动、弯曲等的干扰，存在较大的不稳定性，并且反射光谱线宽较大(已有***都是在1nm-10nm之间)，测量精度不高，高温状态下模式变化较明显，造成反射光谱信号不稳定，进而存在较大的测量误差；此外，也有基于单模光纤熔接蓝宝石光纤的***出现(如中国专利CN110118614A)，但原理上是根据单模光纤本身的选模作用，以及距离熔接点(10mm)较近的蓝宝石光纤中会存在单模模场区域，在该处刻写光栅来实现少模或者单模传输，此种方式很难在大范围高温场中应用，并且此种方式无法实现高温场的应变测量。因此亟需一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器来克服上述缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器，包括尾纤，所述尾纤外套设有套管；所述套管与所述尾纤的两端通过高温胶固接；
所述尾纤的一端熔接有蓝宝石光纤的一端，所述蓝宝石光纤的另一端研磨成斜角；所述蓝宝石光纤中刻写第一光栅和第二光栅；所述第二光栅套设固接有保护套；所述蓝宝石光纤外套设固接有浇铸金属。
优选的，所述尾纤与所述蓝宝石光纤的熔接点外套设固接有不锈钢管，所述不锈钢管设置在所述套管内；所述套管与所述不锈钢管通过所述高温胶固接。
优选的，所述熔接点为锥形结构，所述熔接点的锥区长度为145μm-155μm，所述锥区的最小直径和所述蓝宝石光纤直径相当；锥区最大直径同所述尾纤直径相当
优选的，所述尾纤为普通单模光纤，其材质为SiO2,芯径为9μm-10μm，包层直径为125μm-130μm，长度为50cm-60cm；所述蓝宝石光纤材质为AL2O3，结构为六棱柱形状，直径为60μm-80μm，长度为15cm-20cm。
优选的，所述第一光栅光栅区域长度为2.66mm-2.67mm，为双层刻线结构，刻线深度为4μm-5μm，上下两层间隔5μm-7μm，光栅Bragg波长为1550nm-1600nm，刻写位置距所述蓝宝石光纤前端熔接点13cm-16cm。
优选的，所述第二光栅光栅区域长度为2.67mm-2.68mm，为双层刻线结构，刻线深度为4μm-5μm，上下两层间隔5μm-7μm，光栅Bragg波长为1550nm-1600nm，刻写位置距所述蓝宝石光纤末端0.5cm-1cm。
优选的，所述保护套的材质为Al2O3，长度为4mm-5mm，内径为200μm-300μm，外径为500μm-600μm；所述保护套与述第二光栅处的所述蓝宝石光纤所焊接固定。
优选的，所述浇铸金属材质为高熔点金属；所述浇铸金属的圆柱直径为8cm-10cm，圆柱长度为14cm-15cm，锥角长度为3cm-4cm。
优选的，所述浇铸金属的浇铸模具为包括连通的灌入槽和浇铸槽，所述灌入槽和所述浇铸槽的形状均为圆柱体和圆锥的复合结构，所述灌入槽和所述浇铸槽底部通过沟道连通；所述灌入槽下方设有滤网；所述蓝宝石光纤放置在所述浇铸槽内。
本发明公开了以下技术效果：本发明公开的一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器，通过熔接机熔接拉锥技术将尾纤与蓝宝石光纤进行熔接，熔接位置的锥区结构可以有效滤除高阶模式，实现低阶模甚至基模传输，单模***有效避免了震动、光纤弯曲的干扰，进而可提高***稳定性，实现信号的稳定传输；并且有效减小反射光谱的3dB带宽，显著提高测量精度，满足复杂力热环境测试需求；同时，由于较好的滤模效果，采用在蓝宝石光纤上刻写第一光栅和第二光栅的双光栅可以较好的减小温度、应变双参量交叉敏感问题，进而实现高温状态下的应变测量；温度测量范围为室温至1800℃，应变范围为0-1500με；蓝宝石光纤外采用浇铸的方式固定设置浇铸金属，可以有效提高蓝宝石光纤光栅传感器的抗冲刷能力，满足发动机内部、火箭尾喷口等复杂冲刷力热环境的高温应变测量应用。本发明结构合理，能够实现单模***传输，有效滤除高阶模式，减小3dB带宽，提高测量精度；避免了多模***的不稳定性，以及测量精度低等问题；同时可以实现高温状态下的应变测量难题，采用金属浇筑技术可以有效提高传感器的抗冲刷能力，满足发动机内部、火箭尾喷口等复杂冲刷力热环境的高温应变测量应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器结构示意图；
图2为图1中A的局部放大图；
图3为本发明一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器的浇筑方法以及监控***示意图；
图4为本发明浇铸模具结构示意图；
其中，1、尾纤；2、套管；3、高温胶；4、蓝宝石光纤；5、第一光栅；6、第二光栅；7、保护套；8、浇铸金属；9、不锈钢管；10、浇铸模具；11、灌入槽；12、浇铸槽；13、沟道；14、滤网；15、宽带光源；16、光环行器；17、光栅解调仪；18、蓝宝石光纤光栅传感器；19、电脑；20、固定架；21、熔接点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-4，本发明提供一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器，包括尾纤1，所述尾纤1外套设有套管2；所述套管2与所述尾纤1的两端通过高温胶3固接；
所述尾纤1的一端熔接有蓝宝石光纤4的一端，所述蓝宝石光纤4的另一端研磨成斜角；所述蓝宝石光纤4中刻写第一光栅5和第二光栅6；所述第二光栅6套设固接有保护套7；所述蓝宝石光纤4外套设固接有浇铸金属8。
本发明公开的基于级联式蓝宝石光纤4光栅金属浇筑的抗冲刷型高温应变传感器，通过熔接机熔接拉锥技术件将尾纤1与蓝宝石光纤4进行熔接，熔接点21的锥区结构可以有效滤除高阶模式，实现低阶模甚至基模传输，单模***有效避免了震动、光纤弯曲的干扰，进而可提高***稳定性实现了信号的稳定传输；并且有效减小反射光谱的3dB带宽，显著提高测量精度，满足复杂力热环境测试需求；同时，由于较好的滤模效果，采用在蓝宝石光纤4上刻写第一光栅5和第二光栅6的双光栅结构可以较好的减小温度、应变双参量交叉敏感问题，进而实现高温状态下的应变测量；温度测量范围为室温至1800℃，应变范围为0-1500με；蓝宝石光纤4外采用浇铸的方式固定设置浇铸金属8，可以有效提高蓝宝石光纤光栅传感器18的抗冲刷能力，满足发动机内部、火箭尾喷口等复杂冲刷力热环境的高温应变测量应用。
进一步优化方案，所述尾纤1与所述蓝宝石光纤4的熔接点21外套设固接有不锈钢管9，所述不锈钢管9设置在所述套管2内；所述套管2与所述不锈钢管9通过所述高温胶3固接；所述熔接点21为锥形结构，所述熔接点21的锥区长度为145μm-155μm，所述锥区的最小直径和所述蓝宝石光纤4直径相当；锥区最大直径同所述尾纤1直径相当。尾纤1与蓝宝石光纤4通过熔接机拉锥熔接；尾纤1和蓝宝石光纤4的熔接点21为锥形。实现蓝宝石光纤4和尾纤1的模场匹配，进而滤除高阶模式，并有效减小反射光谱3dB带宽，从而实现单模蓝宝石光纤4传感器***，单模***有效避免了震动、光纤弯曲的干扰，进而可提高***稳定性，提高传感***测量精度和稳定性，进而满足复杂力热环境测试需求。
进一步的，高温胶3的主要成分是无机陶瓷材料和改性固化剂，耐受温度可达1730℃。
进一步的，套管2为凯夫拉金属管，材质为芳纶复合材料，长度为50cm，内径为300μm，外径为500μm，通过套管2将尾纤1以及嵌套有不锈钢管9的锥形熔接点21进行保护，并采用高温胶3水固定，对尾纤1和保护套7进行连接固定；保护尾纤1和熔接点21。
进一步优化方案，所述尾纤1为普通单模光纤，其材质为SiO2,芯径为9μm-10μm，包层直径为125μm-130μm，长度为50cm-60cm；所述蓝宝石光纤4材质为AL2O3，结构为六棱柱形状，直径为60μm-80μm，长度为15cm-20cm。尾纤1的表面有金涂覆层，将其中一端的金涂覆层去除，采用普通光纤切割刀切割平整，与蓝宝石光纤4熔接；此外将整根光纤嵌套入套管2进行保护，并用高温胶3对两者进行固定；蓝宝石光纤4为直径75μm的特种光纤，通过飞秒激光直写技术在蓝宝石光纤4中刻写第一光栅5和第二光栅6，两者都为双层光栅结构，并采用激光焊接方式，将保护套7嵌套在第二光栅6所在的蓝宝石光纤4处。
进一步的，尾纤1采用型号为CorningSMF-28e单模光纤，通过熔接机熔接拉锥技术与蓝宝石光纤4平端口熔接固定形成熔接点21.
进一步的，蓝宝石光纤4与尾纤1熔接的端面通过光纤研磨技术，研磨成平整的端面，端面粗糙度达到纳米级别；另一个端口采用光纤研磨技术研磨成斜8°角，端面光滑度也达到纳米级别。
进一步优化方案，所述第一光栅5光栅区域长度为2.66mm-2.67mm，为双层刻线结构，刻线深度为4μm-5μm，上下两层间隔5μm-7μm，光栅Bragg波长为1550nm-1600nm，刻写位置距所述蓝宝石光纤4前端熔接点21为13cm-16cm。第一光栅5通过飞秒激光直写技术刻写，第一光栅5的Bragg波长为1550nm,长度为2.66mm，刻线结构为双层结构，反射率为10％，位置距离蓝宝石光纤4前端熔接点21为13cm。
进一步优化方案，所述第二光栅6光栅区域长度为2.67mm-2.68mm，为双层刻线结构，刻线深度为4μm-5μm，上下两层间隔5μm-7μm，光栅Bragg波长为1550nm-1600nm，刻写位置距所述蓝宝石光纤4末端0.5cm-1cm。第二光栅6通过飞秒激光直写技术刻写，第二光栅6的Bragg波长为1555nm，长度为2.67mm,刻写位置距蓝宝石光纤末端斜端口为0.5cm。
进一步优化方案，所述保护套7的材质为Al2O3，长度为4mm-5mm，内径为200μm-300μm，外径为500μm-600μm；所述保护套7与所述第二光栅6处的所述蓝宝石光纤4焊接固定。保护套7嵌套在第二光栅6外，采用激光焊接技术将保护套7和蓝宝石光纤4焊接到一起；用于使第二光栅6只能响应温度，与没有保护的第一光栅5响应温度和应变进行对比，实现温度和应变的双参量同步测量，该传感器的温度范围从室温至1800℃，应变范围0-1500με。
进一步优化方案，所述浇铸金属8材质为高熔点金属；所述浇铸金属8的圆柱直径为8cm-10cm，圆柱长度为14cm-15cm，锥角长度为3cm-4cm。浇铸金属8的材质为包括但不限于铝、铜、钢等高熔点材料，通过浇铸模具10将蓝宝石光纤4浇铸在金属中，将传感器掩埋在金属中，可有效提升传感器在复杂冲刷力环境下的应用能力，有效实现传感器的抗冲刷能力，满足发动机内部、火箭尾喷口等复杂冲刷力热环境的高温应变测量应用。
进一步优化方案，所述浇铸金属8的浇铸模具10为包括连通的灌入槽11和浇铸槽12，所述灌入槽11和所述浇铸槽12的形状均为圆柱体和圆锥的复合结构，所述灌入槽11和所述浇铸槽12底部通过沟道13连通；所述灌入槽11下方设有滤网14；所述蓝宝石光纤4放置在所述浇铸槽12内。将蓝宝石光纤4放到浇铸槽12内，竖直固定在浇铸槽12的中心位置，将浇铸金属8融化，倒入灌入槽11内，熔融的浇铸金属8通过沟道13进入浇铸槽12内，经蓝宝石光纤4浇铸到浇铸金属8中；滤网14能有效滤除融融状态的浇铸金属8中的杂质。
进一步的，灌入槽11和浇铸槽12采用高温陶瓷材料制作，防止浇铸过程中被熔融的浇铸金属8融化。
制作方法：
第一步，蓝宝石光纤4研磨
首先，采用蘸取适量酒精的无尘纸将规格直径75μm，长度20cm的蓝宝石光纤4表面以及光纤夹具(尺寸85mm*85mm*5mm，有40个插纤端口)擦拭干净；其次，将蓝宝石光纤4一端固定在光纤夹具的插纤端口中，并采用等高计调节蓝宝石光纤4露出长度为0.2mm；然后，将载有蓝宝石光纤4的夹具固定在专用研磨机(规格：HCX-36EPolisher，研磨纸规格：0.5μm)上，采用四角加压模式进行平端面研磨，设置相应参数：研磨速度1200r/min，研磨时间8分钟。最后，采用上述步骤，并用单边双角加压方式研磨进行斜端面研磨，研磨参数相同，进行研磨得到斜端面。
第二步，尾纤1与蓝宝石光纤4熔接；
首先，采用规格为CorningSMF-28e的单模光纤作为尾纤1，去除单模光纤一端的涂敷层，并采用通用切割刀(规格：古河S326)切割平整；然后，采用蘸取适量酒精的无尘纸对单模光纤和蓝宝石光纤4进行擦拭，保证端面干净；其次，将两者分别放置在熔接机(规格：古河S176A)光纤固定槽中；最后采用手动方式将两者中心对准，设置相应的参数进行熔接(放电量：15，放电时间1200ms，推进距离100μm)；需要说明的是，熔接过程中需要根据熔接机放电情况选择合适的对接位置，避免放电过大造成蓝宝石光纤4的损伤；此外合适的对接位置可以有效控制锥区大小和均匀性；最后在熔接点21位置安装不锈钢管9保护熔接点21，通过高温胶3将不锈钢管9与熔接点21固定。
第三步，刻写蓝宝石光纤4的光栅；
首先，采用蘸取适量酒精的无尘纸将蓝宝石光纤4(规格：直径75μm，长15cm)表面以及光纤夹具(规格：90mm*30mm*10mm,材质为玻璃)擦拭干净；其次，将擦拭好的蓝宝石光纤4固定于光纤夹具中并使得蓝宝石光纤4合适的端面朝上，将载有蓝宝石光纤4的夹具放在飞秒激光刻写平台(规格：重复频率200KHz，激光能量为7mW)的载物台上；然后，在需要刻写的光纤部位滴适量甘油(折射率为1.51)，采用飞秒激光刻写平台的63X油浸物镜按照相应的参数刻写第一光栅5和第二光栅6；其中，第一光栅5参数：周期1.332μm，周期数为2000，长度为2.66mm，刻写速度为0.2mm/s；第二光栅6参数：周期1.336，周期数为2000，长度为2.67mm。
第四步，封装：
首先，将套管2(规格：材质为Al2O3，长度为50cm，内径为250μm，外径为500μm)嵌套在尾纤1和熔接点21部位，确保熔接点21和尾纤1都套入套管2中；然后，采用保护套7(规格：材质为Al2O3，长度为4mm，内径为200μm，外径为500μm)对第二光栅6处的蓝宝石光纤4进行嵌套，保证第二光栅6部分全部在保护套7内，其次，采用医用针管(针孔规格为0.5mm)吸取高温胶3对保护套7和蓝宝石光纤4的缝隙处进行喷涂，并静止固化；最后，采用激光焊接技术将保护套7同蓝宝石光纤4进行焊接。
上述基于级联式蓝宝石光纤4光栅金属浇筑的抗冲刷型高温应变传感器的浇筑方法以及监控***示意图如图3所示，整个***包括宽带光源15，光环行器16，蓝宝石光纤光栅传感器18，浇铸模具10，光栅解调仪17和电脑19；宽带光源15输出端接入光环形器的输入端口，光环行器16的透射输出端与蓝宝石光纤光栅传感器18输入端连接，同时光环形器反射输出端接入光栅解调仪17输入端口，光栅解调仪17输出端口接入电脑19输入端口进行数据处理。
基于级联式蓝宝石光纤4光栅金属浇筑的抗冲刷型高温应变传感器的浇筑方法如图2所示，将蓝宝石光纤光栅传感器18通过固定架20固定好，保持蓝宝石光纤光栅传感器18在浇铸槽12的中心；然后将熔融的浇铸金属8通过灌入槽11灌入浇筑模具；之后熔融的浇铸金属8会经过灌入槽11下方的滤网14，滤除金属中的杂质；干净的熔融金属将通过沟道13进入浇铸槽12，熔融浇铸金属8的高温度和固化应变作用在蓝宝石光纤4光栅传感位置，导致第一光栅5和第二光栅6的Bragg波长发生漂移，通过光栅解调仪17进行数据收集，最终通过电脑19进行数据处理，从而实现温度和应变的监测。
关于光栅工作原理如下：
飞秒激光直写光纤光栅技术主要通过激光对光纤纤芯折射率进行周期性的调制，从而使得FBG相当于一个窄带滤波器，能够对特性的光波进行反射，其中光栅设计的基本公式为：
λBragg＝2neffΛ
其中，λBragg为布拉格波长，neff为光纤纤芯的有效折射率，Λ为光栅周期。当温度和应变作用在光栅上时，温度主要通过热光效应和热膨胀效应分别影响有效折射率和光栅周期，从而改变布拉格波长；而应变主要通过光纤材料的弹光效应和轴向的拉伸形变来分别影响光纤的有效折射率和光栅周期，从而达到改变布拉格波长的作用，主要公式为：
ΔλBrogg＝2ΛΔneff+2neffΔΛ
折射率和温度、应变的关系如下：
式中μ为泊松比；P1i为光弹性张量普克尔压电系数；P为有效弹光系数；ξ为热光系数；ε为轴向应变；ΔT为温度变化量。
周期和温度、应变的关系如下：
式中α为热膨胀系数。
Bragg波长与温度和应变的关系为：
当双光栅结构中一个光栅处的光纤被刚玉管保护时，该处的光栅将被隔绝应变的干扰，只对温度敏感；而未进行保护的光栅将会对温度和应变同时敏感，又由于两个光栅对应Bragg波长不同，因此，测量过程中，可以通过收到保护的光栅测温度补偿进一步解调处另一个光栅测量中的应变信息，从而实现温度和应变的双参量测量。
本发明结构合理，能够实现单模***传输，有效滤除高阶模式，减小3dB带宽，提高测量精度；避免了多模***的不稳定性，以及测量精度低等问题；同时可以实现高温状态下的应变测量难题。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器，其特征在于：包括尾纤（1），所述尾纤（1）外套设有套管（2）；所述套管（2）与所述尾纤（1）的两端通过高温胶（3）固接；
套管（2）为凯夫拉金属管，材质包括芳纶复合材料，长度为50cm，内径为300μm，外径为500μm；
所述尾纤（1）的一端熔接有蓝宝石光纤（4）的一端，所述蓝宝石光纤（4）的另一端研磨成斜角；所述蓝宝石光纤（4）中刻写第一光栅（5）和第二光栅（6）；所述第二光栅（6）套设固接有保护套（7）；所述蓝宝石光纤（4）外套设固接有浇铸金属（8）；
所述尾纤（1）与所述蓝宝石光纤（4）的熔接点（21）外套设固接有不锈钢管（9），所述不锈钢管（9）设置在所述套管（2）内；所述套管（2）与所述不锈钢管（9）通过所述高温胶（3）固接；
所述高温胶（3）的主要成分包括无机陶瓷材料和改性固化剂，耐受温度可达1730℃；
所述熔接点（21）为锥形结构，所述熔接点（21）的锥区长度为145μm-155μm，所述锥区的最小直径和所述蓝宝石光纤（4）直径相当；锥区最大直径同所述尾纤（1）直径相当；
所述尾纤（1）为普通单模光纤，其材质为SiO2,芯径为9μm-10μm，包层直径为125μm-130μm，长度为50cm-60cm；所述蓝宝石光纤（4）材质为AL2O3，结构为六棱柱形状，直径为60μm-80μm，长度为15cm-20cm；
所述第一光栅（5）光栅区域长度为2.66mm-2.67mm，为双层刻线结构，刻线深度为4μm-5μm，上下两层间隔5μm-7μm，光栅Bragg波长为1550nm-1600nm，刻写位置距所述蓝宝石光纤（4）前端熔接点（21）13cm-16cm；
所述浇铸金属（8）材质为高熔点金属；所述浇铸金属（8）的圆柱直径为8cm-10cm，圆柱长度为14cm-15cm，锥角长度为3cm-4cm；
所述浇铸金属（8）的浇铸模具（10）为包括连通的灌入槽（11）和浇铸槽（12），所述灌入槽（11）和所述浇铸槽（12）的形状均为圆柱体和圆锥的复合结构，所述灌入槽（11）和所述浇铸槽（12）底部通过沟道（13）连通；所述灌入槽（11）下方设有滤网（14）；所述蓝宝石光纤（4）放置在所述浇铸槽（12）内。
2.根据权利要求1所述的一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器，其特征在于：所述第二光栅（6）光栅区域长度为2.67mm-2.68mm，为双层刻线结构，刻线深度为4μm-5μm，上下两层间隔5μm-7μm，光栅Bragg波长为1550nm-1600nm，刻写位置距所述蓝宝石光纤（4）末端0.5cm-1cm。
3.根据权利要求1所述的一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器，其特征在于：所述保护套（7）的材质为Al2O3，长度为4mm-5mm，内径为200μm-300μm，外径为500μm-600μm；所述保护套（7）与所述第二光栅（6）处的所述蓝宝石光纤（4）焊接固定。
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