[实用新型]一种金属化光纤光栅及光纤光栅应变传感器

说明书

技术领域

实用新型涉及光纤光栅传感器技术领域，尤其涉及一种金属化光纤光栅及光纤光栅应变传感器，适合于各种应变或应力的高精度测量。

背景技术

光纤光栅传感技术是随着光纤光栅制作技术及光纤光栅通信技术的发展而崛起的崭新的传感技术。与普通光纤传感器相比，其传感信号直接调制于光波波长，不受强度起伏、连接损耗及光纤弯曲损耗等影响，稳定性好，测量精度高；同时便于利用波分复用技术串联多个光纤光栅形成分布式传感网络，因此光纤光栅传感器技术有着广阔的应用前景。

光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，在光纤纤芯内形成空间相位光栅。当多波长信号入射进入光栅时，满足光栅反射条件的某个波长信号(称为Bragg波长)，会被耦合成反向波并沿原光纤线路反向传输。

光纤光栅传感的基本原理是：温度、应变和应力等物理量的变化会引起光纤光栅的栅距和有效折射率的变化，从而使光纤光栅反射的Bragg波长发生漂移，通过检测光纤光栅反射的Bragg波长的变化就可以获得相应的温度、应变和应力的信息，其中应力和应变影响光纤光栅的Bragg波长是由于光栅周期的伸缩和光纤材料的弹光效应引起的。理论研究表明，仅受轴向应力作用的光纤光栅，其Bragg波长的漂移与所受应变的关系为Δλ_B＝(1-P_e)ελ_B，其中P_e为光纤光栅的有效弹光系数，ε为所受轴向应变，λ_B、Δλ_B分别为光纤光栅的Bragg波长和Bragg波长的漂移量。

由于该元件敏感脆弱，它的封装技术成为工程应用中的关键技术。现在常用的封装技术是：将制作好的光纤光栅经过二次涂覆机的封装加上外包层后，再用特制的树脂胶将其封装在金属管或金属片上。

现有的封装技术存在以下缺陷：首先，树脂胶属于有机物，易老化分解，不利于恶劣环境的长期使用；其次，当光纤光栅应用于传感领域时，光纤的外包层和树脂胶体都会在测量中产生冗余，影响测量的线性性和可重复性。

实用新型内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本实用新型的目的是：提供一种光纤光栅应变传感器。通过采用将光纤光栅焊接在传感基体上的无胶封装结构，保证光纤光栅应变传感器的长期稳定性。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种金属化光纤光栅，所述的金属化光纤光栅包括非金属材料的光纤光栅基体与附着于非金属材料的光纤光栅基体表面的金属层。

所述的金属层为喷涂于非金属材料的光纤光栅基体表面的金属。

所述的金属附着于一段光纤光栅基体两端金属化区域的光纤光栅基体表面。

所述的金属化区域长度为10mm。

一种光纤光栅应变传感器，包括传感基体、金属化光纤光栅和主壳体，传感器基体固定于主壳体上，所述金属化光纤光栅包括非金属材料的光纤光栅基体与附着于非金属材料的光纤光栅基体表面的金属层，并固定于传感基体上。

所述的金属化光纤光栅通过金属层焊接于传感基体上。

所述的传感器还包括金属镍管，金属化光纤光栅通过金属层焊接于金属镍管中，金属镍管焊接于传感基体上。

所述的金属镍管为两个，分别焊接于金属化光纤光栅两侧。

所述的传感基体设有通槽，金属镍管焊接于所述的通槽中。

所述的主壳体上设置有铠装接头。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型的光纤光栅传感器内部进行光纤光栅封装时，采用全无胶封装，将光纤光栅直接或间接焊接在传感机体上，以保证传感器的长期稳定性。此光纤光栅传感器可以用于大型钢结构、桥梁等钢表面的健康应力测试，该传感器具有操作简便，测量精度高，测量范围大，可靠性高，抗电磁干扰等优点。

附图说明

图1为本实用新型一实施例采用的金属化的光纤光栅的结构示意图；

图2为本实用新型光纤光栅应变传感器的结构示意图；

图3、图4为本实用新型的中心波长与钢结构表面应变的拟合曲线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型具体实施例及附图对本实用新型作详细说明。

如图1所示，本实用新型一实施例采用的金属化光纤光栅的结构。该金属化光纤光栅为在非金属材料的光纤光栅基体8两端表面10mm均匀涂镀一金属层7。具体的涂镀的方式为化学镀。