本技術(shù)屬于光纖光柵溫度傳感器領(lǐng)域，涉及一種光纖光柵溫度傳感器增敏結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、光纖光柵溫度傳感器是利用反射波長(zhǎng)隨溫度變化而變化來(lái)進(jìn)行溫度傳感，通過(guò)計(jì)算反射波長(zhǎng)的偏移量得到溫度的變化量，進(jìn)而測(cè)得環(huán)境溫度。其具體原理是，光纖光柵溫度傳感器受外界溫度變化影響，光纖纖芯有效折射率以及光柵周期發(fā)生改變，光纖光柵反射中心波長(zhǎng)發(fā)生偏移，一般情況下，?反射中心波長(zhǎng)的偏移隨溫度的變化是固定的，約為10pm/°c，所以通過(guò)計(jì)算?反射中心波長(zhǎng)的偏移量，就可以得到溫度傳感器所處環(huán)境的溫度，實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。由于光纖光柵溫度傳感器體積小、質(zhì)量輕、抗電磁干擾能力強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)全光傳輸、易于實(shí)現(xiàn)分布式傳感等優(yōu)勢(shì)，目前被廣泛應(yīng)用于石油化工、航空航天、衛(wèi)生醫(yī)療、電力傳輸以及安防系統(tǒng)中，并且發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

2、溫度是直接影響光纖光柵波長(zhǎng)變化的因素，人們常常直接將裸光纖光柵作為溫度傳感器直接應(yīng)用，但人們又希望光纖光柵能夠具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和較長(zhǎng)的壽命，與此同時(shí)，還希望能提高光纖光柵對(duì)溫度的響應(yīng)靈敏度，因此光纖光柵溫度傳感器也需要進(jìn)行封裝，封裝技術(shù)的主要作用是保護(hù)和增敏。

3、利用相位掩膜板法在光纖內(nèi)寫(xiě)入光柵前，需要去除光纖的有機(jī)涂敷層，再利用相位掩膜板法對(duì)光纖進(jìn)行刻寫(xiě)。光纖的主要成分是?sio2，去除涂覆層后的光纖非常脆弱，容易發(fā)生斷裂，在完成光柵寫(xiě)入后，需要對(duì)光柵進(jìn)行封裝保護(hù)。同時(shí)，裸光纖光柵的溫度靈敏度僅為?10pm/℃，合理有效的封裝不僅可以保護(hù)光柵，還可以起到一定的增敏作用。

4、現(xiàn)在的光纖光柵封裝技術(shù)主要有自然彎曲和應(yīng)力兩種，前者主要監(jiān)測(cè)溫度，后者用于應(yīng)力、位移等領(lǐng)域。但自然彎曲如果彎曲幅度過(guò)大，則封裝很難?達(dá)到傳感器的微型化，應(yīng)力的封裝如果單獨(dú)監(jiān)測(cè)溫度又容易受到其他封裝材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的干擾。?以封裝形式區(qū)分，有片式封裝和管式封裝兩大類(lèi)。片式封裝是利用有機(jī)膠等方式將光纖光柵固定在片狀基底上，將基底隨外界環(huán)境溫度變化引起的形變傳遞到光纖光柵,從而實(shí)現(xiàn)溫度的傳感；管式封裝是將光柵固定在一個(gè)毛細(xì)管內(nèi)，保護(hù)光柵的同時(shí)通過(guò)毛細(xì)管的形變帶動(dòng)光纖光柵，實(shí)現(xiàn)傳感。

5、現(xiàn)有技術(shù)中的光纖光柵溫度傳感器主要以某種單一金屬作為基底或以聚合物作為基底。通常以單一金屬作為基底的光纖光柵溫度傳感器靈敏度都不夠高，溫度分辨率有限。以聚合物為基底的傳感器雖然能顯著提高靈敏度，但由于聚合物在高溫或低溫下性質(zhì)不穩(wěn)定，難以實(shí)現(xiàn)寬溫區(qū)范圍內(nèi)對(duì)溫度的測(cè)量。同時(shí)聚合物基底的傳感器正反行程遲滯很大，對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)造成很大的誤差，限制了測(cè)量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、體積小、溫度傳感器，通過(guò)增敏結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)較大溫度跨度區(qū)間的精確測(cè)量。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

3、一種光纖光柵溫度傳感器增敏結(jié)構(gòu)，包括第一金屬基板、第二金屬基板、第一光纖、第二光纖、第一中空毛細(xì)管、第二中空毛細(xì)管、溫度光纖光柵；第一金屬基板與第二金屬基板均呈l形，第一金屬基板的頭端與第二金屬基板的尾端固定連接，第二金屬基板的頭端與第一金屬基板的尾端固定連接，第一金屬基板和第二金屬基板合圍形成安裝空間；第一光纖、第二光纖、第一中空毛細(xì)管、第二中空毛細(xì)管、溫度光纖光柵均位于所述安裝空間內(nèi)；l形的第一金屬基板的短邊處開(kāi)設(shè)有第一通槽，l形的第二金屬基板的短邊處開(kāi)設(shè)有第二通槽；第一光纖的第一端固定連接在第一通槽內(nèi)，第二光纖的第一端固定連接在第二通槽內(nèi)；第一光纖的第二端連接溫度光纖光柵的一端，溫度光纖光柵的另一端連接第二光纖的第二端；溫度光纖光柵位于第一光纖和第二光纖之間，溫度光纖光柵、第一光纖、第二光纖之間三者的中心線(xiàn)重合；第一光纖上套裝有第一中空毛細(xì)管，第二光纖上套裝有第二中空毛細(xì)管，第一中空毛細(xì)管與第二中空毛細(xì)管的外徑相同，第一中空毛細(xì)管與第二中空毛細(xì)管的中心線(xiàn)重合。

4、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，第一中空毛細(xì)管和第二中空毛細(xì)管之間的距離為20～40mm。

5、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，溫度光纖光柵的柵區(qū)長(zhǎng)度為20～25mm，波長(zhǎng)為1600～1900nm。

6、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，第一光纖纖芯直徑為10～15μm，長(zhǎng)度為10～15cm。

7、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，第二光纖纖芯直徑為10～15μm，長(zhǎng)度為10～15cm。

8、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，第一中空毛細(xì)管的內(nèi)徑為400～450μm，外徑為500～550μm。

9、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，第二中空毛細(xì)管的內(nèi)徑為400～450μm，外徑為500～550μm。

10、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，第一金屬基板在25-300℃之間的熱膨脹系數(shù)小于5×10-6/℃。

11、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，第二金屬基板在25-300℃之間的熱膨脹系數(shù)大于18×10-6/℃。

12、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，第一通槽和第二通槽的直徑均為40～45μm。

13、本實(shí)用新型的有益效果為：

14、本實(shí)用新型將第一光纖和第二光纖密封在第二毛細(xì)管內(nèi)，使其只受溫度影響；通過(guò)采用熱膨脹系數(shù)差異較大的兩種金屬基板的外形組合，實(shí)現(xiàn)了光纖光柵對(duì)溫度傳感的高增敏，有效提高了光纖光柵的溫度測(cè)量精度；配合中空毛細(xì)管的封裝，使得溫度傳感器在較大跨度的溫度區(qū)間內(nèi)均可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高精度、高分辨率的測(cè)量。

技術(shù)特征：

1.一種光纖光柵溫度傳感器增敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括第一金屬基板、第二金屬基板、第一光纖、第二光纖、第一中空毛細(xì)管、第二中空毛細(xì)管、溫度光纖光柵；第一金屬基板與第二金屬基板均呈l形，第一金屬基板的頭端與第二金屬基板的尾端固定連接，第二金屬基板的頭端與第一金屬基板的尾端固定連接，第一金屬基板和第二金屬基板合圍形成安裝空間；第一光纖、第二光纖、第一中空毛細(xì)管、第二中空毛細(xì)管、溫度光纖光柵均位于所述安裝空間內(nèi)；l形的第一金屬基板的短邊處開(kāi)設(shè)有第一通槽，l形的第二金屬基板的短邊處開(kāi)設(shè)有第二通槽；第一光纖的第一端固定連接在第一通槽內(nèi)，第二光纖的第一端固定連接在第二通槽內(nèi)；第一光纖的第二端連接溫度光纖光柵的一端，溫度光纖光柵的另一端連接第二光纖的第二端；溫度光纖光柵位于第一光纖和第二光纖之間，溫度光纖光柵、第一光纖、第二光纖之間三者的中心線(xiàn)重合；第一光纖上套裝有第一中空毛細(xì)管，第二光纖上套裝有第二中空毛細(xì)管，第一中空毛細(xì)管與第二中空毛細(xì)管的外徑相同，第一中空毛細(xì)管與第二中空毛細(xì)管的中心線(xiàn)重合。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度傳感器增敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一中空毛細(xì)管和第二中空毛細(xì)管之間的距離為20～40mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度傳感器增敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，溫度光纖光柵的柵區(qū)長(zhǎng)度為20～25mm，波長(zhǎng)為1600～1900nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度傳感器增敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一光纖纖芯直徑為10～15μm，長(zhǎng)度為10～15cm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度傳感器增敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，第二光纖纖芯直徑為10～15μm，長(zhǎng)度為10～15cm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度傳感器增敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一中空毛細(xì)管的內(nèi)徑為400～450μm，外徑為500～550μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度傳感器增敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，第二中空毛細(xì)管的內(nèi)徑為400～450μm，外徑為500～550μm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度傳感器增敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一金屬基板在25-300℃之間的熱膨脹系數(shù)小于5×10-6/℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度傳感器增敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，第二金屬基板在25-300℃之間的熱膨脹系數(shù)大于18×10-6/℃。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度傳感器增敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一通槽和第二通槽的直徑均為40～45μm。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)屬于光纖光柵溫度傳感器領(lǐng)域，涉及一種光纖光柵溫度傳感器增敏結(jié)構(gòu)，包括第一金屬基板、第二金屬基板、第一光纖、第二光纖、第一中空毛細(xì)管、第二中空毛細(xì)管、溫度光纖光柵；本技術(shù)將第一光纖和第二光纖密封在第二毛細(xì)管內(nèi)，使其只受溫度影響；通過(guò)采用熱膨脹系數(shù)差異較大的兩種金屬基板的外形組合，實(shí)現(xiàn)了光纖光柵對(duì)溫度傳感的高增敏，有效提高了光纖光柵的溫度測(cè)量精度；配合中空毛細(xì)管的封裝，使得溫度傳感器在大跨度的溫度區(qū)間內(nèi)均可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高精度、高分辨率的測(cè)量。

技術(shù)研發(fā)人員：戴攀,董俊偉,張建勇,崔智明,鄧啟航
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京準(zhǔn)智傳感科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240723
技術(shù)公布日：2025/5/15