[实用新型]一种高灵敏度FBG高温传感器

说明书

本实用新型提供了一种高灵敏度FBG高温传感器，包含功能不同的两个通道。一个作为传感器的温度补偿通道，另一个作为传感器的间接测温通道。两个通道各含一个FBG，并且具有相同的封装结构。该传感器具有体型小，高温灵敏度高等特点，能串联多个传感器。该实用新型高灵敏度FBG高温传感器特别适用于航空航天，热井油田等涉及高温传感的领域。

技术领域

本实用新型涉及高温监测设备领域，具体涉及一种高灵敏度FBG高温传感器。

背景技术

光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。自光纤传感器诞生以来，因为其抗电磁干扰、本质安全、体积小、质量轻及易于嵌入材料内部等优点，它在很多传统的传感领域广泛应用。

航空航天领域作为一个国家科技新的逐鹿之地，它是国家科技水平综合实力的最好体现。随着国家深地、深空、深海的“三深”战略的实施，深空已经成为了各个国家在航天领域共同的发展方向，但是深空的高温以及强电磁干扰等恶劣环境在飞行器服役期间会对它造成不可估量的伤害。所以，在这种恶劣环境中对对飞行器的可靠度研究成为了一个重点。随着含航天燃料的变革，飞行器燃料箱的工作过程处于高温状态，整个结构部件是处于高温工作的过程。随着科学技术的飞速发展，特别是空间载人计划的实施，航天飞行器的应用领域不断扩大，光纤传感器作为传感领域的佼佼者，为保证人身以及财产安全，对这种恶劣环境特别是高温环境的有效实时监测是十分必要的。石油化工是能源产业的主力军。石油化工在国民经济中的众多领域都是不可替代的，石油化工产业是国民经济中非常重要一项产业。在其生产过程中，一般作业都处于高温的环境下，并且石油产品都是易燃易爆品，一旦发生火灾爆炸事故，就会造成大损失。随着石油化工行业的迅速发展，对其安全健康监测是十分重要的。

传统的FBG温度传感器工作原理是当外界温度发生变化时，布拉格光栅会发生非常灵敏的变化，从而反射回异于标定波长的光。但是在温度越高时，反射光功率变小的FBG衰退现象就会越来越明显。FBG在制作过程中，载体跃迁分布到具有不同能量的能级，能级越高时发生衰退需要的能量越高。温度越高，维持跃迁状态的载体数目越少，衰退越严重，而当温度过高超过阀值时，反射光功率将变为零。

光纤具有良好的拉伸性能，最大可以达到8000，所以，依靠硅橡胶热膨胀来拉伸光纤，能显著提高传感器的高温监测阀值。同时，得益于膨胀材料良好的热效应，传感器具有较好的温度线性度。

在集成度与组网方面，FBG有着很明显的优势。光纤光栅因为其体积非常小的特点，每个探点仅利用相当少的光源分量，可以让绝大部分光都透过并继续传播。一根光纤上可以最多同时使用30个光栅，传输距离超过45km，这一特点给组网带来巨大便利。同时波分复用等技术的使用，也提高了这一技术的可行性。总得来说，FBG在大范围多节点的测量中具有很大的优势。

目前已有的FBG温度传感器技术相对已经比较成熟了，但是在高温领域，它还存在灵敏度低、可靠度低、精度低等缺陷。特别是在航天等高新技术领域，传统的传感器由于功能与体型过大等非功能方面的不足，已经无法满足行业需求，所以急需要开发出一种高灵敏度的传感器。针对航天与热井油田等领域的高温工况，FBG的先天优势让它在这种工况下具备这种高灵敏度的传感能力。

实用新型内容

针对现有的FBG温度传感器的不足，本实用新型提供一种高灵敏度FBG高温传感器，该传感器能够在高温环境中具有比较高的灵敏度，并且在阀值内具有很好的线性度，能满足能源、航天等领域大部分的高温监测工况。

为了实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种高灵敏度FBG高温传感器，包括：

热双金属片夹层结构，所述热双金属夹片结构的两端分别通过夹固结构夹固；

热双金属片夹层结构包括：

热双金属核心层，位于整个热双金属片夹层结构的最中心，用于传感器的热挠曲动力源；