專利名稱：光纖光柵溫度增敏傳感器新設(shè)計(jì)方法和制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感器，尤其是雙金屬光纖光柵溫度增敏傳感器設(shè)計(jì)方法和制作工藝。
背景技術(shù)：
光纖光柵具有許多其它傳感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)全光測(cè)量，在監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)無電氣設(shè)備，不受電磁及核輻射干擾；零點(diǎn)無漂移，長期穩(wěn)定；以反射光的中心波長表征被測(cè)量，不受光源功率波動(dòng)、光纖微彎效應(yīng)及耦合損耗等因素的影響；絕對(duì)量測(cè)量，系統(tǒng)安裝及長期使用過程中無需定標(biāo)；使用壽命長等等。
然而，光纖光柵增敏技術(shù)一直進(jìn)展緩慢。在度過了直接將FBG粘貼在大膨脹系數(shù)進(jìn)行溫度增敏的階段后，近期，研究人員通過雙金屬實(shí)現(xiàn)溫敏，效果明顯。但是，因?yàn)樵雒艚饘俚囊?，使得傳感器質(zhì)量變大，慣性加大，對(duì)溫度的響應(yīng)速度降低。
另外，當(dāng)分辨率很高時(shí)，傳感器在保存和運(yùn)輸途中就遇到了困難。當(dāng)分辨率增加至0.001℃/pm，普通光柵的量程僅有4-6℃。若待測(cè)溫度在10℃左右(地下水的溫度，其年變化范圍在1℃以內(nèi))，則傳感器的最高承受溫度不超過16℃，這使傳感器的保存和運(yùn)輸變得很困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的是一種光纖光柵溫度增敏傳感器新設(shè)計(jì)方法和制作工藝。該傳感器采用雙金屬結(jié)構(gòu)，但有別于現(xiàn)今的雙金屬結(jié)構(gòu)中光纖光柵溫度增敏的方法。該設(shè)計(jì)不是采用現(xiàn)今的大熱膨脹系數(shù)材料作為基底的溫度增敏方法，而是用小熱膨脹系數(shù)材料作為基底，同樣達(dá)到了溫度增敏的目的。這種設(shè)計(jì)有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)1，解決了高分辨率溫度傳感器在高溫下無法保存，運(yùn)輸?shù)碾y題。2，減小了因?yàn)榻饘俚膽T性對(duì)傳感器響應(yīng)速度所造成的影響，提高了傳感器的響應(yīng)速度。
該新型溫度增敏結(jié)構(gòu)，采用小熱膨脹系數(shù)材料作為基底，大熱膨脹系數(shù)材料固定在其上。當(dāng)溫度升高時(shí)，大熱膨脹系數(shù)材料的長度變長，柵區(qū)長度減小，光柵所測(cè)波長減?。煌?，當(dāng)溫度降低時(shí)，光柵所測(cè)波長升高。因此，該傳感器就可以通過波長的變化量反映溫度的變化情況。
在此基礎(chǔ)上，將大熱膨脹系數(shù)材料制作成金屬絲，或者細(xì)金屬條的形狀，以減小其質(zhì)量。從而，減小其在長度變化時(shí)，慣性造成的影響。這就相當(dāng)于減小了柵區(qū)長度變化的慣性，提高了響應(yīng)速度，使得傳感器可以對(duì)變化的環(huán)境得到更真實(shí)的測(cè)量結(jié)果。
使大熱膨脹系數(shù)金屬直接與待測(cè)環(huán)境接觸，或者利用導(dǎo)熱板在其與待測(cè)環(huán)境間進(jìn)行熱傳遞。這樣，減少了中間的熱傳遞環(huán)節(jié)，提高了響應(yīng)速度。
四

附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
五、具體實(shí)施方案 下面結(jié)合舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述 該傳感起主要由三部分組成大熱膨脹系數(shù)金屬絲，低熱膨脹系數(shù)金屬，和光纖光柵。把大熱膨脹系數(shù)金屬絲的一端和低熱膨脹系數(shù)金屬的一端固定在一起。在它們的另一端，低熱膨脹系數(shù)金屬略長于金屬絲，把光纖光柵的兩端分別與低熱膨脹系數(shù)金屬和金屬絲固定。根據(jù)待測(cè)溫度要求和封裝時(shí)環(huán)境溫度，給柵區(qū)一個(gè)適當(dāng)?shù)念A(yù)拉伸量，使得光柵量程的中心值波長對(duì)應(yīng)于待測(cè)溫度變化范圍的中心值。例如，當(dāng)待測(cè)溫度變化范圍的中心值為10℃，固定光柵時(shí)的室溫13℃，傳感器分辨率為0.001℃/pm，則預(yù)拉波長量x＝(室溫-待測(cè)溫度中值)/分辨率＝(13-10)/0.001＝3000pm＝3nm。當(dāng)溫度升高時(shí)，光柵所測(cè)波長減小；溫度降低時(shí)，光柵所測(cè)波長升高。從而，由波長變化信息得到溫度變化信息。
權(quán)利要求
1.光纖光柵溫度增敏傳感器新設(shè)計(jì)方法，其特征為以溫度增敏為目的，采用小熱膨脹系數(shù)材料作為基底，大熱膨脹系數(shù)材料固定在其上。把大熱膨脹系數(shù)材料的一端和低熱膨脹系數(shù)金屬的一端固定在一起。在它們的另一端，低熱膨脹系數(shù)材料略長于高熱膨脹系數(shù)材料，把光纖光柵的兩端分別與低熱膨脹系數(shù)材料和高熱膨脹系數(shù)材料固定。當(dāng)溫度升高時(shí)，大熱膨脹系數(shù)材料的長度變長，柵區(qū)長度減小，光柵所測(cè)波長減??；同理，當(dāng)溫度降低時(shí)，光柵所測(cè)波長升高。因此，該傳感器就可以通過波長的變化量反映溫度的變化情況。
2.按照權(quán)利要求1所述的新型溫度增敏結(jié)構(gòu)，其特征在于大熱膨脹系數(shù)材料采用絲，或者細(xì)條的形狀，以達(dá)到減小慣性造成的影響，提高響應(yīng)速度。
3.按照權(quán)利要求1，2所述的新型溫度增敏結(jié)構(gòu)，其特征在于使大熱膨脹系數(shù)材料直接與待測(cè)環(huán)境接觸，或者利用導(dǎo)熱板使在其與待測(cè)環(huán)境間進(jìn)行熱傳遞。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種光纖光柵溫度增敏傳感器新設(shè)計(jì)方法和制作工藝。該傳感器采用雙金屬結(jié)構(gòu)，但有別于現(xiàn)今的雙金屬結(jié)構(gòu)中光纖光柵溫度增敏的方法。該設(shè)計(jì)不是采用現(xiàn)今的大熱膨脹系數(shù)材料作為基底的溫度增敏方法，而是用小熱膨脹系數(shù)材料作為基底，同樣達(dá)到了溫度增敏的目的。這種設(shè)計(jì)有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)1.解決了高分辨率溫度傳感器在高溫下無法保存，運(yùn)輸?shù)碾y題。2.減小了因?yàn)榻饘俚膽T性對(duì)傳感器響應(yīng)速度所造成的影響，提高了傳感器的響應(yīng)速度。
文檔編號(hào)G01K11/00GK101294855SQ20071017894
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者闊 李, 葉曉平, 周振安, 劉愛春, 寧 榮, 王永根 申請(qǐng)人:中國地震局地殼應(yīng)力研究所, 北京品傲光電科技有限公司