[发明专利]一种基于FBG的耐超高温应变传感器

权利要求书

1.一种基于FBG的耐超高温应变传感器，包括碳-碳复合材料基底座(1)，其特征在于：所述碳-碳复合材料基底座(1)顶部的中部固定连接有耐高温陶瓷胶块(2)，并且耐高温陶瓷胶块(2)的内部贯穿有不锈钢保护套(3)，所述不锈钢保护套(3)的外表面且与耐高温陶瓷胶块(2)相对应的位置固定连接有耐高温金属膜(4)，所述不锈钢保护套(3)的内壁且与耐高温陶瓷胶块(2)和耐高温金属膜(4)相对应的位置固定连接有Ⅱ型光纤光栅(5)，所述不锈钢保护套(3)的内部贯穿有光纤(6)，并且光纤(6)位于不锈钢保护套(3)外部的一端固定连接有APC光纤接头(7)。

2.根据权利要求1所述的一种基于FBG的耐超高温应变传感器，其特征在于：所述耐高温金属膜(4)的材料采用镍-铬-钼合金，并且耐高温金属膜(4)的熔点高达1290℃。

3.根据权利要求1所述的一种基于FBG的耐超高温应变传感器，其特征在于：所述耐高温陶瓷胶块(2)的型号为890，并且耐高温陶瓷胶块(2)的热膨胀系数为-4.4×10-6/℃，所述耐高温陶瓷胶块(2)的熔点可达1650℃。

4.根据权利要求1所述的一种基于FBG的耐超高温应变传感器，其特征在于：所述不锈钢保护套(3)的型号采用304，并且不锈钢保护套(3)的热膨胀系数为-17×10-6/℃。

5.一种基于FBG的耐超高温应变传感器的工作方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、先将不锈钢保护套(3)表面的中部粘合上耐高温金属膜(4)，并且通过耐高温陶瓷胶块(2)与耐高温金属膜(4)相对应的位置将不锈钢保护套(3)固定在碳-碳复合材料基底座(1)的顶部；

S2、再将光纤(6)的一端贯穿至不锈钢保护套(3)内部，并光纤(6)同时贯穿Ⅱ型光纤光栅(5)；

S3、光纤(6)位于不锈钢保护套(3)外部的一端与APC光纤接头(7)固定连接；

S4、光纤光栅传感以其反射波长随外界参量的变化而改变为基础，当宽带光源在Ⅱ型光纤光栅(5)中传输时，产生模式耦合，根据光纤耦合模理论，对其进行检测分析处理。

6.根据权利要求5所述的一种基于FBG的耐超高温应变传感器的工作方法，其特征在于：在S4中，当宽带光源在Ⅱ型光纤光栅(5)中传输时，产生模式耦合，根据光纤耦合模理论，满足布拉格条件的光波λB被反射，其余波长的光波被透射，有：

λ_B＝2n_effΛ (1)

式中：Λ为光栅的周期；neff为光栅的有效折射率，当温度、应力等参量发生变化时，将会导致Λ和neff的变化，从而导致λB的变化有：

Δλ_B＝2Δn_effΛ+2n_effΔΛ (2)

所提出的FBG超高温度应变传感器的工作原理是测量布拉格波长的改变，这种改变是通过在高温条件下(温度已知)由应变引起的；

布拉格波长λB的相对变化ΔλB为

Δλ_B＝λ_B(1-p_e)Δε (3)

式中：Pe是Ⅱ型光纤光栅(5)的弹光系数；

当传感器感受到被测物体的温度影响后，传感元件导致FBG产生轴向应变：