[发明专利]一种基片式温度应变测量FBG传感器及性能测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及FBG温度传感器技术领域，具体为一种基片式温度应变测量FBG传感器及性能测试方法。

背景技术

光纤材料是二氧化硅，一种脆性易碎材料，韧性差、剪切能力弱，对其进行保护显得尤为重要，封装工艺对FBG传感性能有很大影响。探索FBG传感器增敏和去敏的可能方式、以及封装、粘附技术和新结构工艺尤为重要。

现有的FBG温度传感器，其对温度具有较强的敏感性，在生产过程中不易对其性能进行控制，在某些特殊情况，希望同时测量应变与温度，且温度应变同时增敏，满足不了用户的需求，使用具有局限性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基片式温度应变测量FBG传感器及性能测试方法，解决了背景技术中提出的困难问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基片式温度应变测量FBG传感器，其特征在于：包括基片、第一FBG第二FBG；所述第一FBG第二FBG从左到右依次设置在基片上；所述第一FBG通过DP420胶水与基板之间进行粘接，所述第二FBG通过353ND胶水与基板之间进行粘接；所述基片上分别均匀开设有固定孔。

作为本发明的进一步优选方案，传感器封装具体包括如下步骤：

步骤1、用砂纸将基片两端圆孔周围按照与第一FBG固定轴线呈45°方向打磨，用脱脂棉蘸酒精洗净备用；

步骤2、选取中心波长为1548.620nm的第一FBG与中心波长为1552.012nm的第二FBG，同时将加热台温度加热到80℃，将基片放置到加热台上，维持好加热台的温度；

步骤3、了防止353ND胶水流动，将导热硅脂涂覆到第二FBG3固定点旁边，为了防止高温下353ND胶水固化后预紧力会减少，第二FBG中心波长增加2nm；

步骤4、待第二FBG中心波长数值相对稳定后，用DP420胶水以覆盖式固定将第一FBG与基片进行固定，固化完成后，读取中心波长。

作为本发明的进一步优选方案，一种基片式温度应变测量FBG传感器性能测试方法，包括如下步骤：

S1、首先选取需要检测的FBG传感器，将FBG传感器接入测试系统中，即将FBG传感器置于Fluke水浴箱中；

S2、通过控制器控制Fluke水浴箱中的温度值，使其Fluke水浴箱中的水温控制在10℃-80℃；

S3、在FBG传感器置于Fluke水浴箱过程中，工作人员每隔30分钟对Fluke水浴箱内的水进行升温、每次升温为5℃，并记录稳定后FBG传感器的中心波长值；

S4、通过统计不同温度值下FBG传感器的中心波长值，并将统计后的数据值属于计算公式进行计算对比，即完成了FBG传感器性能测试的整个过程。

作为本发明的进一步优选方案，所述Fluke水浴箱的控温稳定性0.006℃，水浴槽均匀性0.007℃。

作为本发明的进一步优选方案，所述S1中所述的测试系统包括环形器、Fluke水浴箱、宽带光源和解调仪，所述宽带光源的输出端与环形器的输入端电性连接；所述环形器的输出端与解调仪的输入端电性连接；所述Fluke水浴箱内放置的FBG传感器通过导线与环形器电性连接。

作为本发明的进一步优选方案，一种基片式温度应变测量FBG传感器，FBG传感器中的应变为：

应注意，区段A和B分别表示为t_A和t_B的厚度。假设每个部分中的应变分布是均匀的，则考虑传感器的平衡得：

E_AA_Aε_A＝E_BA_Bε_B

式中E为基片的弹性模量，A为基片的横截面积，ε为应变。，将上述公式进行综合得到传感器应变与FBG应变关系得：

定义传感器应变到FBG应变关系为灵敏度增敏系数K，则

灵敏度系数K小于1的应变灵敏度系数使得高应变的测量成为可能，大与1的应变增敏系数，使得高灵敏度成为可能。

作为本发明的进一步优选方案，一种基片式温度应变测量FBG传感器性能测试方法，对S3中形成的中心波长线随温度变化进行处理，由于第一FBG是全覆盖式封装，利用最小二乘法拟合可得：