一种光纤光栅温度增敏传感器的制作方法

本实用新型属于光纤光栅传感器技术领域，具体涉及一种光纤光栅温度增敏传感器。

背景技术：

伴随着光纤通信技术的发展，各种无源器件不断出现，光纤光栅已成为光纤通信系统中的基本元件。国外在1995年首先有了光纤光栅温度增敏方面的报道，在国内1997年中国科学院西安光学精密机械研究所也提出了光栅温度增敏的设想。光纤温度传感器在现代工业生产中有重要的应用价值，但光纤光栅对温度的灵敏度较低，波长1550nm裸纤光栅的温度敏感性约为0.0082～0.012nm/^oC，温敏性和光纤光栅波长也有关系，波长越短，温敏性越差。因此需要设法改善光纤光栅的温敏性，以提高温度传感的灵敏度，满足实际需要。

公知的光纤光栅增敏传感（例如：CN101413831A、CN101294855A），其设计方法涉及到多种结构的结合，光纤光栅通过和多了结构相关联后，结构整体的一致性降低；操作的重复性低，因传感器对中心波长有要求，一次性封装并不能准确的得到所需波长的结构。公知的光波长计（例如：CN2646684Y，CN103309002A），其设计结构繁琐，调节的部位多，并且对结构的水平度有要求，如果角度不合适便会封入不必要的应力，影响封装的结果。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种光纤光栅温度增敏传感器，该传感器结构简单、精小、灵敏度高，通过调整两端金属帽补充点胶时对光栅的测温影响，从而实现封装结构的增敏效果。

本实用新型的技术方案是：

一种光纤光栅温度增敏传感器，包括封装结构和光栅传输结构，所述的封装结构包括空心金属管和金属帽，所述的金属帽有两个分别设置于空心金属管的两端；所述的光栅传输结构包括光纤光栅、光电耦合器和光纤一和光纤二，光纤光栅设置于光纤一上，光纤一位于空心金属管内，光纤一通过光纤二与耦合器连接，光电耦合器一端口输入、输出解调光谱；

所述的空心金属管两端内壁设置有螺纹，且两端螺纹为相反螺纹，空心金属管两端外侧设置对称的零点标识线；

所述的金属帽轴向通透，由螺纹端和非螺纹端构成；螺纹端与空心金属管连接，螺纹端外壁上设置有与空心金属管内的螺纹相吻合的等螺距螺纹；金属帽的非螺纹端内设置有固定光纤的固定槽一和固定槽二，固定槽一和固定槽二形成台阶状，金属帽的非螺纹端与螺纹端的连接处外侧刻有刻度线，并标记旋转金属帽的箭头。

具体的，所述的空心金属管长30mm，有螺纹的部分内径5mm，外径6.5mm，螺纹总长度5mm。

具体的，所述的金属帽总长10mm，螺纹端总长5mm；螺纹端外径4.9mm，内径2mm；非螺纹端总长5mm，内径3.5mm，外径6.5mm。

具体的，所述的光纤一的端部通过双组份环氧树脂胶固定在空心金属管两端的金属帽上，并使用9222的金属螺丝锁固胶密封。

具体的，所述的金属螺丝锁固胶为触变性粘度，M≤6mm时螺纹锁紧密封。

具体的，所述的固定槽一的直径大于固定槽二的直径，固定槽二位于固定槽一的内侧。

具体的，金属帽的非螺纹端与螺纹端的连接处的刻度线标记每刻度对应0.2nm。

本实用新型的有益效果是：它是利用旋转结构两端金属帽，使金属帽向同一方向等角度旋转，给光栅施加预应力；避免了因封装时点胶加热过程金属结构热膨胀性大于光栅的热膨胀性，导致冷却后测温的精度减小。通过调整两端金属帽补充了点胶时对光栅的测温影响，实现了结构的增敏效果。

本实用新型通过设计金属管两端为相反螺纹，简便的调节结构两端的金属帽，对光栅施加预应力，并且可以方便的确定所需波长值；通过采用金属螺丝锁固胶固定金属帽，将波长锁定实现确定中心波长的功能，结构简单，精小紧凑。本实用新型实现了光纤光栅温度增敏的封装结构，并且能够准确的定位初始中心波长；准确的定位初始波长，为光纤光栅的串联解调提供了很大的方便。从结构上解决了光纤光栅抗震动性能差、测量影响因素复杂、波长不稳定的问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是调节后的一个光纤光栅的反射谱显示图。

1双组份环氧树脂胶、2光纤光栅、3空心金属管、4光纤一、5等螺距螺纹、

6金属帽、7光纤二、8光电耦合器、9固定槽二、10固定槽一。

具体实施方式

如图1所示为一种光纤光栅温度增敏传感器的结构示意图，包括封装结构和光栅传输结构，所述的封装结构包括空心金属管3和金属帽6，所述的金属帽6有两个分别设置于空心金属管3的两端；所述的光栅传输结构包括光纤光栅2、光电耦合器8和光纤一4和光纤二7，光纤光栅2设置于光纤一4上，光纤一4位于空心金属管3内，光纤一4通过光纤二7与光电耦合器8连接，光电耦合器8一端口输入、输出解调光谱。所述的光纤一4的端部通过双组份环氧树脂胶1固定在空心金属管3两端的金属帽6上，并使用9222的金属螺丝锁固胶密封。所述的金属螺丝锁固胶为触变性粘度，M≤6mm时螺纹锁紧密封。

所述的空心金属管3两端内壁设置有螺纹，且两端螺纹为相反螺纹，空心金属管3两端外侧设置对称的零点标识线。所述的空心金属管3长30mm，有螺纹的部分内径5mm，外径6.5mm，螺纹总长度5mm。

所述的金属帽6轴向通透，由螺纹端和非螺纹端构成；螺纹端与空心金属管3连接，螺纹端外壁上设置有与空心金属管3内的螺纹相吻合的等螺距螺纹5；金属帽6的非螺纹端内设置有固定光纤的固定槽一10和固定槽二9，固定槽一10和固定槽二9形成台阶状，所述的固定槽一10的直径大于固定槽二9的直径，固定槽二9位于固定槽一10的内侧。金属帽6的非螺纹端与螺纹端的连接处外侧刻有刻度线，并标记旋转金属帽6的箭头。所述的金属帽6总长10mm，螺纹端总长5mm；螺纹端外径4.9mm，内径2mm；非螺纹端总长5mm，内径3.5mm，外径6.5mm。金属帽6的非螺纹端与螺纹端的连接处的刻度线标记每刻度对应0.2nm。

封装本实用新型所述的光纤光栅温度增敏传感器时，将两金属帽6分别均匀涂抹9222金属螺丝锁固胶，然后两金属帽6分别安装在空心金属管3的两端并拧紧到不能再拧动；将剥线长度28mm，光栅长度10mm的光栅穿入光纤一4放入空心金属管3和两端的金属帽6中，使光纤光栅处于中间位置，并在光纤一4两端拉直的前提下，将金属帽6两端的直径为2.0mm的孔中填充满双组份环氧树脂胶1后，加热环氧树脂胶1固化使光纤光栅封装结构成为一体；通过对增敏传感器结构的设计，获得稳定、可靠的光栅波长。

本实用新型的原理如下：

当向同一个方向旋转结构两端金属帽6时，依据光纤光栅2的扭曲特性，每次单端金属帽旋转不超过3个刻度值，可以保证温度增敏结构稳定的波长输出。通过两个金属帽6的旋转光栅受力，力作用在光纤光栅2两端点有双组分环氧树脂胶1的位置，使光纤光栅2处于拉直状态，并拉至所需中心波长，便于串联测试。

当恒定温度下，光栅受应力的作用弹光效应导致折射率n_eff变化, 形变使光栅周期Λ变化，产生中心波长偏移。光纤光栅中心波长变化量Δλ_B为：

（1）

其中， l为光栅的长度；

当产生形变为时经过对式（1）变形可得：

（2）

其中：是光纤光栅应变灵敏度系数；是光纤光栅的轴向应变；是光纤光栅的中心波长。

通过公式可以看出光纤光栅温度增敏结构在原理上通过基底热膨胀作用产生应力作用在光纤光栅2上实现光纤光栅2的温度增敏结果，同时将裸露的光纤光栅2封装使输出波长稳定，从而实现了光纤光栅温度增敏，确定初始波长的稳定输出。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。