CN1195202C - 集成式光纤应变与温度传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成式光纤应变与温度传感器装置，包括光纤珐——珀干涉应变传感器4和宽带光纤光栅2，传感器4连接宽带光纤耦合器7，宽带光纤耦合器7分别通过两个波分复用耦合器6连接宽带光源11、12、光谱仪10和光电探测器9；所述光纤珐——珀干涉应变传感器具有外部的一石英毛细管1，管内有一由单模光纤5的端面与多模光纤3端面相对而构成的一腔体，单模光纤5的端面与多模光纤3端面形成两个反射面；所述石英毛细管1通过激光焊接及胶合将所述单模光纤5与多模光纤3连成一体，一宽带光纤光栅2被置于所述单模光纤5上，并位于距单模光纤5在石英毛细管1内的端头0～10毫米处。本发明集成度高、无串扰、稳定性好、结构工艺简单。

Description

集成式光纤应变与温度传感器装置
技术领域
本发明涉及一种光纤传感器，具体涉及一种集成式光纤应变与温度传感器装置，属于光纤传感领域。
背景技术
在大型现代化工程结构，如桥梁、大坝、高层建筑、飞机、舰艇等的安全性保障中，应变监测是必不可缺少的手段，在各类结构的生产过程及建造完后的使用过程中均需应变监测以保证建造与运行质量。传统的电阻应变片已在实际中得到了广泛的应用，但与光纤应变传感器相比仍存在连线太多、抗电磁干扰能力差、抗腐蚀性差、寿命较短等不足。对于准静态及静态应变测量而言，在实际应用中温度的影响是比较大的，因此如何修正由于环境温度的变化而引进的应变测量误差是个十分重要的问题。中国专利号95192033公开的“能够利用单个衍射光栅进行形变和温度测量的埋藏式光学传感器”，其运用双折射原理，采用的是单个传感器，在使用中应变与温度信号之间串扰大，精度不高。另外，在已有的多种光纤应变与温度同时测量技术的报道中，也普遍存在集成度不高、空间分辨率受限、难于应用到需埋入材料之内的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术上述之不足，提供一种集成度高、无串扰、稳定性好、结构工艺简单、低成本的集成式光纤应变与温度传感器装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种集成式光纤应变与温度传感器装置，包括光纤珐——珀干涉应变传感器和宽带光纤光栅，其特征在于：所述光纤珐——珀干涉应变传感器4连接宽带光纤耦合器7，所述宽带光纤耦合器7再分别连接两个波分复用耦合器6，其中一只波分复用耦合器分别连接波长不同的宽带光源11、12，另一只波分复用耦合器6分别连接光谱仪10和通过作为调解器件的宽带光栅8连到光电探测器9。所述光纤珐——珀干涉应变传感器具有外部的一石英毛细管1，石英毛细管1内有一由单模光纤5的端面与多模光纤3端面相对而构成的一腔体，单模光纤5的端面与多模光纤3端面形成两个反射面。所述石英毛细管1通过激光焊接及胶合将所述单模光纤5与多模光纤3连成一体，一宽带光纤光栅2被置于所述单模光纤5上，并位于距单模光纤5在石英毛细管1内的端头0～10毫米处。所述宽带光纤光栅2的带宽为2～20nm，波长范围为0.8～1.6μm，长度为0.2-1cm。所述单模光纤5端面与另一多模光纤3端面的间距为100-400μm。所述石英毛细管1的长度为2-5cm，外径为300μm，内径为150μm。所述宽带光纤耦合器7的波长为1.3μm/1.55μm。所述波分复用耦合器6的波长为1.3μm/1.55μm。所述宽带光源11、12的波长分别为1.3μm和1.55μm。
本实用新型集成式光纤应变与温度传感器装置巧妙地将宽带光纤光栅温度传感元件集成在光纤珐—珀干涉传感器内从而实现很小局部的应变及温度同时测量，具有集成度高、体积小、易制造、稳定性好等突出特点；并且创造性地应用波分复用结构，极有效地解决了光纤珐——珀干涉传感器与宽带光纤光栅在应变测量中的串扰问题。因此本发明在结构健康监测、材料加工过程实时监测、智能结构等方面将发挥重要的作用。
附图说明
图1为集成式光纤应变与温度传感器装置结构示意图。
图2为光纤珐——珀干涉应变传感器放大结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述：
参见图1，本实用新型集成式光纤应变与温度传感器装置包括光纤珐——珀干涉应变传感器和一宽带光纤光栅，光纤珐——珀干涉应变传感器4连接宽带光纤耦合器7，宽带光纤耦合器7再分别连接两个波分复用耦合器6，其中一只波分复用耦合器6分别连接波长不同的宽带光源11和12，另一只波分复用耦合器6分别连接光谱仪10，并通过作为调解器件的宽带光栅8连到光电探测器9。
参见图2，所述光纤珐——珀干涉应变传感器具有外部的一石英毛细管1，石英毛细管1内有一由单模光纤5的端面与多模光纤3端面相对而构成的一腔体，单模光纤5的端面与多模光纤3端面形成两个反射面。所述石英毛细管1通过激光焊接及胶合将所述单模光纤5与多模光纤3连成一体，一宽带光纤光栅2被置于所述单模光纤5上，并位于距单模光纤5在石英毛细管1内的端头0～10毫米处。
将光纤珐——珀干涉应变传感器4直接粘附或埋入材料及结构中，测量时将2×2宽带光纤耦合器7接入传感器4，应用波分复用6将从光纤珐——珀干涉腔及宽带光纤光栅2返回的信号分开以分别测量，这里宽带光栅为1.55μm，光纤珐——珀腔用1.3μm波长。
由光纤珐——珀干涉腔长变化就可测出应变的大小，而该腔长与宽带光纤光栅2的中心波长均可用一个光谱仪10来完成测量，故信号处理***简单、实用。此外宽带光纤光栅2由于温度变化而引起的波长变化，可用一个等同的宽带光栅8作调解器件，利用光强变化实现测量，使信号处理更加简单、快速。本发明集成式光纤应变与温度传感器装置应用于复合材料的应变与温度同时测量，应变精度可达±20με，温度为±1℃；应变测量范围±2με，温度范围±450℃。

Claims (9)

1.一种集成式光纤应变与温度传感器装置，包括光纤珐——珀干涉应变传感器和宽带光纤光栅，其特征在于：所述光纤珐——珀干涉应变传感器(4)连接宽带光纤耦合器(7)，所述宽带光纤耦合器(7)再分别连接两个波分复用耦合器(6)，其中一只波分复用耦合器分别连接波长不同的宽带光源(11)、(12)，另一只波分复用耦合器(6)分别连接光谱仪(10)和通过作为调解器件的宽带光栅(8)连到光电探测器(9)；所述光纤珐——珀干涉应变传感器具有外部的一石英毛细管(1)，石英毛细管(1)内有一由单模光纤(5)的端面与多模光纤(3)端面相对而构成的一腔体，单模光纤(5)的端面与多模光纤(3)端面形成两个反射面；所述石英毛细管(1)通过激光焊接及胶合将所述单模光纤(5)与多模光纤(3)连成一体，一宽带光纤光栅(2)被置于所述单模光纤(5)上，并位于距单模光纤(5)在石英毛细管(1)内的端头0～10毫米处。
2.根据权利要求1所述的光纤应变与温度传感器装置，其特征在于：所述宽带光纤光栅(2)的带宽为2～20nm，波长范围为0.8～1.6μm，长度为0.2-1cm。
3.根据权利要求1所述的光纤应变与温度传感器装置，其特征在于：所述单模光纤(5)端面与多模光纤(3)端面的间距为100-400μm。
4.根据权利要求1所述的光纤应变与温度传感器装置，其特征在于：所述石英毛细管(1)的长度为2-5cm，外径为300μm，内径为150μm。
5.根据权利要求1至4任一项所述的光纤应变与温度传感器装置，其特征在于：所述宽带光纤耦合器的波长为1.3μm/1.55μm。
6.根据权利要求5所述的光纤应变与温度传感器装置，其特征在于：所述波分复用耦合器的波长为1.3μm/1.55μm。
7.根据权利要求5所述的光纤应变与温度传感器装置，其特征在于：所述宽带光源(11)、(12)的波长分别为1.3μm和1.55μm。
8.根据权利要求1至4一项所述光纤应变与温度传感器装置，其特征在于：所述波分复用耦合器的波长为1.3μm/1.55μm。
9.根据权利要求1至4任一项所述的光纤应变与温度传感器装置，其特征在于：所述宽带光源(11)、(12)的波长分别为1.3μm和1.55μm。
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