[发明专利]一种小型化三向光纤光栅应变传感器

权利要求书

1.一种小型化三向光纤光栅应变传感器，包括传感器基底(1)和一根固定于传感器基底(1)上的光纤(2)；其特征在于：传感器基底(1)上具有三个相同的光栅定位槽(3)、六个相同的光纤定位槽(4)、两个相同的封装辅助槽(5)、第一弧形槽(6)、第二弧形槽(7)和尾纤槽(8)；光纤(2)上具有三个不同中心波长的光纤光栅(9)。

2.根据权利要求1所述的一种小型化三向光纤光栅应变传感器，其特征在于：光纤光栅(9)位于光栅定位槽(3)的中心，且光纤光栅(9)的轴向与光栅定位槽(3)的两条长边平行。

3.根据权利要求1所述的一种小型化三向光纤光栅应变传感器，其特征在于：相邻的光栅定位槽(3)之间夹角为45°，竖直方向和水平方向的光栅定位槽(3)分别平行于传感器基底(1)的竖直边和水平边，三个光栅定位槽(3)的中心处于同一圆心角所对的圆弧上。

4.根据权利要求1所述的一种小型化三向光纤光栅应变传感器，其特征在于：光纤定位槽(4)分别与光栅定位槽(3)、第一弧形槽(6)和第二弧形槽(7)的两端相连，用于实现对光纤(2)的预固定和胶粘固定。

5.根据权利要求1所述的一种小型化三向光纤光栅应变传感器，其特征在于：封装辅助槽(5)、尾纤槽(8)均位于光纤定位槽(4)的延长线上。

6.根据权利要求1所述的一种小型化三向光纤光栅应变传感器，其特征在于：采用注塑的方式制备具有定位、保护功能的传感器基底(1)。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的一种小型化三向光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述光栅定位槽(3)的位置确定方法为，

步骤1，确定第一弧形槽(6)的长度；

对于给定的光纤折射率差、工作波长和截止波长，计算出光纤的临界弯曲半径r_c：

λ_c为截止波长，λ为工作波长，n₁和n₂为光纤芯层和包层的折射率。根据光纤的临界弯曲半径r_c，确定第一弧形槽(6)长度的最小值L_min：

L_min＝nπr_c/180 (2)

r_c为光纤的临界弯曲半径，n为圆心角度数。

步骤2，确定与第一弧形槽(6)相邻的两个光纤定位槽(4)的位置；

第一弧形槽(6)与相邻的两个光纤定位槽(4)分别在水平方向和竖直方向相切，光纤定位槽(4)的长度不小于微型压片的宽度。

步骤3，确定第一弧形槽(6)连接的两个光栅定位槽(3)的位置；

以与第一弧形槽(6)相邻的两个光纤定位槽(4)的反向延长线的交点为圆心，以R为半径作圆弧，圆弧与两个光纤定位槽(4)延长线相交，交点即为水平方向和竖直方向的光栅定位槽(3)的中心。

圆弧半径R表示为：

R＝r_c+a+m/2 (3)

a为光纤定位槽的长度，m为光栅定位槽的长度。

步骤4，确定第三个光栅定位槽(3)的位置。

以步骤3所述的圆心为顶点作一条直线，与水平方向和竖直方向的夹角分别为45°，直线与圆弧的交点即为第三个光栅定位槽(3)的中心。

8.根据权利要求1所述的一种小型化三向光纤光栅应变传感器，其特征在于，封装方法包括以下步骤，

步骤1，对第一个光纤光栅(9)两端的光纤(2)施加拉力，将光纤光栅(9)放置于光栅定位槽(3)中心，光纤(2)放置于光纤定位槽(4)和封装辅助槽(5)内；

步骤2，调节光纤光栅(9)的位置，确保光纤光栅(9)处于水平且受力的状态，然后使用微型压片对光纤(2)进行预固定；

步骤3，在光纤定位槽(4)内注入瞬间粘合剂，进行按压固化，固化后，取下微型压片；

步骤4，将封装辅助槽(5)内的一段光纤(2)取出，置于第一弧形槽(6)和光纤定位槽(4)内，在光纤定位槽(4)内注入瞬间粘合剂，对其进行按压固化，固化后，取下微型压片；

步骤5，重复步骤1～步骤4，依次实现其余两个光纤光栅(9)、两段光纤(2)与传感器基底(1)的固定；

步骤6，将最后一段光纤(2)放入尾纤槽(8)，注入瞬间粘合剂，对其进行按压固化，完成传感器的封装。