光纤布拉格光栅应力传感结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种光纤布拉格光栅应力传感结构，包括光纤，所述光纤内刻有布拉格光栅，所述光纤上套有沿光纤长度方向延伸的包层，所述包层左部的厚度和包层右部的厚度均大于包层中部的厚度。该光纤布拉格光栅应力传感结构的结构简单，制作方便，能有效避免压力和温度交叉敏感问题，不需要参考光栅进行温度补偿。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种应力传感结构，特别是涉及一种光纤布拉格光栅应力传感结构。
技术介绍
光纤布拉格光栅(FBG)传感器具有尺寸小、重量轻、传输距离远、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，越来越成为当今传感领域研究的焦点。光纤布拉格光栅是近年发展最为迅速的全光纤无源器件之一，它用于传感领域可对应力、温度、压力、加速度等外界量进行精确的检测。由于光纤布拉格光栅压力传感器存在交叉敏感问题，即光纤布拉格光栅对温度、压力同时敏感，当温度、压力变化同时存在时，在实用中必须采取措施在测量时加以区分。在实际压力传感应用中，为了克服温度交叉敏感的影响，已提出了许多设计方案，如双光栅方法以及采用特殊的封装结构等，这些方案大部分是以测量两种类型的FBG的双波长为基础，通过温度补偿法和温度、压力双参数同时测量两种途径解决交叉敏感问题。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种光纤布拉格光栅应力传感结构。该光纤布拉格光栅应力传感结构的结构简单，制作方便，能有效避免压力和温度交叉敏感问题，不需要参考光栅进行温度补偿。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是:光纤布拉格光栅应力传感结构，其特征在于:包括光纤，所述光纤内刻有布拉格光栅，所述光纤上套有沿光纤长度方向延伸的包层，所述包层左部的厚度和包层右部的厚度均大于包层中部的厚度。上述的光纤布拉格光栅应力传感结构，其特征在于:所述包层的厚度沿包层中部向包层左右两端连续递增。上述的光纤布拉格光栅应力传感结构，其特征在于:所述包层左部的厚度和包层右部的厚度相等。上述的光纤布拉格光栅应力传感结构，其特征在于:所述包层左端的厚度和包层右端的厚度均为包层中部厚度的两倍。上述的光纤布拉格光栅应力传感结构，其特征在于:所述包层中部的厚度为Imm 3mm。本技术与现有技术相比具有以下优点:1、本技术的结构简单，设计新颖合理。2、本技术包层左部和右部的厚度均大于包层中部的厚度，在光纤受拉时，其有效地消除了温度大小变化对应力大小测量的影响，而且测试结果为光强变化量更为直观，而且制备和检测方法都更为简单。3、本技术的实现成本低，使用效果好，便于推广使用。综上所述，本技术结构简单，设计新颖合理，工作可靠性高，使用寿命长，不需要参考光栅，使用效果好，便于推广使用。下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本技术的结构示意图。附图标记说明:I一光纤；2—布拉格光栅；3—包层。具体实施方式如图1所不的一种光纤布拉格光栅应力传感结构,包括光纤I，所述光纤I内刻有布拉格光栅2,所述光纤I的外侧面上套有沿光纤I长度方向延伸的包层3,所述包层3左部的厚度和包层3右部的厚度均大于包层3中部的厚度。如图1所示，本实施例中，所述包层3的厚度沿包层3中部向包层3左右两端连续递增。优选的做法是，所述包层3左部的厚度和包层3右部的厚度相等。所述包层3左端的厚度和包层3右端的厚度均为包层3中部厚度的两倍。本实施例中，所述包层3中部的厚度为Inim 3mm。本实施例通过将包层3的中部腐蚀去除一部分，具体的是:采用化学腐蚀的方法将包层3的中部腐蚀去除一部分，腐蚀液采用能与光纤包层材料(如SiO2)发生各向同性腐蚀反应的氢氟酸(HF)溶液。该光纤布拉格光栅应力传感结构包层3的中部越薄响应度越好，但同时该光纤布拉格光栅应力传感结构的机械强度越差，通过控制腐蚀溶液浓度、腐蚀时间、腐蚀温度来控 制腐蚀速度制作符合测量要求形状和强度的该光纤布拉格光栅应力传感结构。然后，制作成为中间薄两头厚的光纤布拉格光栅应力传感结构，得到一种对温度不敏感的应力传感头。由于包层3经腐蚀，从左端和右端最宽处到中间最薄处呈连续抛物线变化，当光纤布拉格光栅应力传感结构的一端或两端受到拉力或压力时，会在布拉格光栅2上产生一个连续变化的应力梯度，在应力作用下使得各个光栅间距大小呈周期性沿轴向连续变化，且变化量随包层3横截面积减小而增大,形成光栅间距大小与包层3横截面积大小的线性反比例变化，在受到拉力时会使布拉格光栅2的反射带宽展宽，且展宽的大小只与应力变化相关而与温度变化无关；温度改变时，只会导致布拉格光栅2中心波长漂移，但反射带宽并不会展宽，那么通过测量反射光强大小，即可得出应力的大小。该方法有效地消除了温度大小变化对应力大小测量的影响，而且测试结果为光强变化量更为直观，而且制备和检测方法都更为简单。对其在不同应力和温度下的反射光强应用耦合模理论计算，当光栅两端折射率不变的情况下，反射光谱的带宽取决于布拉格光栅2的长度，输出光强将与受应力时的布拉格光栅2长度的改变成线性变化，且几乎不随温度变化。该光纤布拉格光栅应力传感结构的结构简单、测量精度高、测量范围广，并可避免交叉敏感问题，可通过微机械加工技术大批量生产,成本低廉,使用寿命长。以上所述，仅是本技术的较佳实施例，并非对本技术作任何限制，凡是根据本技术技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本技术技术方案的保护范围内。权利要求1.光纤布拉格光栅应力传感结构，其特征在于:包括光纤(I)，所述光纤(I)内刻有布拉格光栅(2 )，所述光纤(I)上套有沿光纤(I)长度方向延伸的包层(3 )，所述包层(3 )左部的厚度和包层(3)右部的厚度均大于包层(3)中部的厚度。2.根据权利要求1所述的光纤布拉格光栅应力传感结构，其特征在于:所述包层(3)的厚度沿包层(3 )中部向包层(3 )左右两端连续递增。3.根据权利要求1所述的光纤布拉格光栅应力传感结构，其特征在于:所述包层(3)左部的厚度和包层(3)右部的厚度相等。4.根据权利要求3所述的光纤布拉格光栅应力传感结构，其特征在于:所述包层(3)左端的厚度和包层(3)右端的厚度均为包层(3)中部厚度的两倍。5.根据权利要求1所述的光纤布拉格光栅应力传感结构，其特征在于:所述包层(3)中部的厚度为I mm 3mm。专利摘要本技术公开了一种光纤布拉格光栅应力传感结构，包括光纤，所述光纤内刻有布拉格光栅，所述光纤上套有沿光纤长度方向延伸的包层，所述包层左部的厚度和包层右部的厚度均大于包层中部的厚度。该光纤布拉格光栅应力传感结构的结构简单，制作方便，能有效避免压力和温度交叉敏感问题，不需要参考光栅进行温度补偿。文档编号G01L1/24GK203163916SQ20132018631公开日2013年8月28日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日专利技术者张渤 申请人:西安科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
光纤布拉格光栅应力传感结构，其特征在于：包括光纤（1），所述光纤（1）内刻有布拉格光栅（2），所述光纤（1）上套有沿光纤（1）长度方向延伸的包层（3），所述包层（3）左部的厚度和包层（3）右部的厚度均大于包层（3）中部的厚度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张渤，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：实用新型
国别省市：