[发明专利]一种无应力封装光纤光栅温度传感串

说明书

本发明公开了一种无应力封装光纤光栅温度传感串，由光纤、无应力封装光纤光栅温度传感头组成。无应力封装光纤光栅传感头由光纤光栅栅区段、光纤和毛细管组成，栅区段端面和光纤端面磨斜适当角度，在内径匹配的毛细管中端端耦合，斜面平行、间隙为设定值，在毛细管两端采用焊接或胶粘方式固定两段光纤，形成温度传感头。将多个光纤光栅温度传感头连接在一起，形成光纤光栅温度传感串。在所述光纤温度传感串中，光纤光栅在毛细管里始终处于不受应力的自由状态，两段光纤间隙为设定值，保证低损耗耦合且互相不干涉。所述无应力封装光纤光栅温度传感串不受安装状态影响，制作和调试简单、可靠性高、复用性好，具备微小尺寸、高精度和长寿命特点。

技术领域

本发明涉及到温度传感领域，特别是涉及一种无应力封装光纤光栅温度传感串。

背景技术

光纤光栅传感器相比于传统传感器，具有体积小、重量轻、不产生且不受电磁干扰、耐腐蚀、传感精度高等特点。光纤光栅中心波长与温度之间存在线性变化的关系，故使用光纤光栅传感器可以很好地实现对环境温度的实时监测。但未经保护的光纤光栅在实际应用时易受到包括碰撞、振动、温度冲击和湿气侵蚀等带来的损伤，影响其传感精度和灵敏度。所以在工程应用中，常采用各种封装方法将光纤光栅封装起来，既能保证传感精度，也能保证传感器的使用寿命。

目前的光纤光栅封装技术有很多种类，如保护性封装，增敏封装等。其中保护性封装是最常见的一种光纤布拉格光栅传感器封装形式，也是其他类型封装的基本载体。具体为使用一种或多种材料包裹裸光栅，以增强光栅抗拉、抗剪切的强度。常见的有两种保护性封装。一种是将光栅沿其中心轴向用胶或焊接等固定在金属管中，称之为管式封装。另一种是将光栅置于特定结构的金属片或碳纤维片等材料中，使用胶或焊接等方式固定，称之为片式封装。在保护性封装的基础上，通过腐蚀光栅，或者使用不同材料的基底，设计不同形状的基底，就可以达到应力增敏，温度增敏或者压力增敏的封装效果。基本原理都是利用封装基底的带动作用来增强光栅的灵敏度。对光栅温度传感器而言，目前的封装方法仅能尽可能的分离应变对其传感的影响，而不能完全消除应变交叉干扰的问题。致使光纤光栅温度传感器在传感的过程中对温度的测量结果与实际值相比误差较大，影响传感器在实际应用中的可靠性。同时，在光栅温度传感器的实际安装过程中，往往使用胶等将其与待测环境固连，这会改变传感器本身的应力状态，导致模型参数偏离标定参数，引起一定的误差。此外，光栅温度传感器的增敏封装会引入较大预应力。而预应力随着传感器的长期使用而缓慢释放，会引起标度的变化，导致传感器长期稳定性不佳。目前已有的无应力影响的光栅温度传感器封装技术为仅固定光栅一端，是一种单点封装。该种封装方式存在着无法成串的问题，使得传感器整体结构较为复杂，实际工程应用价值不高。

因此，本发明设计出一种封装结构简单、能有效消除温度-应变交叉敏感的光纤光栅温度传感串，不受安装状态影响，制作和调试简单、可靠性高、复用性好，具备微小尺寸、高精度和长寿命特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：已有光纤光栅温度传感探头在封装时会引入应力，进而影响测温精度；已有的无应力封装光纤光栅温度传感探头为单点封装，无法连接成串，难以实现多点测量。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

本发明提供一种无应力封装光纤光栅温度传感串，由多个无应力封装光纤光栅温度传感头连接在一起形成光纤光栅温度传感串，无应力封装光纤光栅传感头由光纤光栅栅区段、光纤和毛细管组成，栅区段端面和光纤端面磨斜适当角度，在内径匹配的毛细管中端端耦合，斜面平行、间隙为设定值，保证低损耗耦合且互相不干涉，在毛细管两端采用焊接或胶粘方式固定两段光纤，形成温度传感头。

进一步的，所述光纤光栅栅区段端面和光纤端面使用光纤抛磨机磨斜制成，其斜面倾斜角为但不仅限于8°或15°。

进一步的，所述光纤光栅与光纤在毛细管中端端耦合，斜面平行、间隙小。