一种基于葫芦状微泡结构的温度应变传感器的制作方法

1.本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及到一种基于葫芦状微泡结构的温度应变传感器。


背景技术：

2.光纤温度应变传感器因其结构简单、响应迅速、抗电磁干扰、成本低等优点，已被证明在结构健康监测、航空航天和纳米技术等领域非常有用。然而，传统的温度应变测量装置灵敏度较低，导致温度引起的应变误差较大，在高精度应变测量中的应用受限。
3.传统的光纤法布里
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珀罗应变传感器是通过在光纤之间融合一段石英毛细管来制作的，由于是施加在石英毛细管轴向上的应变力，所以其灵敏度低，约为1pm/με。提高器件灵敏度的一种方法是缩小中间石英毛细管的长度(即干涉长度)。然而，由于毛细玻璃管的长度极短，难度大，对光纤切割器和光纤熔接头的切割和融合技术提出了挑战。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有光纤法布里
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珀罗应变传感器的缺点，提供一种设计合理、结构简单、灵敏度高的基于葫芦状微泡结构的温度应变传感器。
5.解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于葫芦状微泡结构的温度应变传感器，空芯硅管的一端设置有第一单模光纤、另一端设置有第二单模光纤，位于空芯硅管内第一单模光纤的端面与第二单模光纤端面之间有间距，形成法布里
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珀罗干涉腔，位于空芯硅管内第二单模光纤上刻写有热再生光栅，空芯硅管由左球形管、圆柱形管、右球形管连为一体构成。
6.作为一种优选的技术方案，所述的左球形管和右球形管的内径相等、外径相等。
7.作为一种优选的技术方案，所述的左球形管的内径为150μm～200μm，外径为180μm～220μm。
8.作为一种优选的技术方案，所述的圆柱形管的长度为100μm，内径为128μm。
9.作为一种优选的技术方案，所述的位于空芯硅管内第一单模光纤的端面与第二单模光纤端面之间的间距为35～65μm。
10.作为一种优选的技术方案，所述的热再生光栅的栅区长度为8～15mm，中心波长为1510～1570nm。
11.本实用新型的有益效果如下：
12.本实用新型的空芯硅管由左球形管、圆柱形管、右球形管连为一体构成，构成的葫芦状微泡结构fp腔比传统的圆柱形fp腔有更高的横向载荷灵敏度，制作过程也无需繁琐的技术工艺，在第二单模光纤上加工热再生光纤光栅，使得传感器的结构简单，有利于传感器小型化，有效地解决了应变传感器对温度与应变交叉敏感的技术问题，提高了传感器的应变灵敏度，应变检测范围为0～900με，温度检测范围为室温～1000℃，扩大了应变检测范围和温度检测范围，本发明具有结构简单、体积小、灵敏度高等优点，可作为应变传感器。
附图说明
13.图1是本实用新型的结构示意图。
14.图2是图1中空芯硅管2的结构示意图。
具体实施方式
15.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明，但本实用新型不限于下述的实施方式。
16.在图1中，本实施例的一种基于葫芦状微泡结构的温度应变传感器由第一单模光纤1、空芯硅管2、第二单模光纤3连接构成，第一单模光纤1的一端从空芯硅管2的一端插入空芯硅管2内并与空芯硅管2熔接为一体，第二单模光纤3的一端从空芯硅管2的另一端插入空芯硅管2内并与空芯硅管2熔接为一体，位于空芯硅管2内第一单模光纤1端面与第二单模光纤3端面之间的间距为50μm，在空芯硅管2的腔体中形成法布里
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珀罗干涉腔，位于空芯硅管2内第二单模光纤3上刻写有热再生光栅4，热再生光栅4的栅区长度为10mm，中心波长为1550nm，空芯硅管2由左球形管2
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1、圆柱形管2
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2、右球形管2
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3连为一体构成，左球形管2
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1的内径为180μm、外径为200μm，右球形管2
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3的结构与左球形管2
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1的结构相等，圆柱形管2
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2的长度为100μm，内径为128μm。
17.实施例2
18.在本实施例中，第一单模光纤1的一端从空芯硅管2的一端插入空芯硅管2内并与空芯硅管2密封连接，第二单模光纤3的一端从空芯硅管2的另一端插入空芯硅管2内并与空芯硅管2密封连接，位于空芯硅管2内第一单模光纤1端面与第二单模光纤3端面之间的间距为35μm，在空芯硅管2的腔体中形成法布里
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珀罗干涉腔，位于空芯硅管2内第二单模光纤3上刻写有热再生光栅4，热再生光栅4的栅区长度为8mm，中心波长为1510nm，空芯硅管2由左球形管2
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1、圆柱形管2
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2、右球形管2
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3连为一体构成，左球形管2
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1的内径为150μm、外径为180μm，右球形管2
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3的结构与左球形管2
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1的结构相等，圆柱形管2
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2的长度为100μm，内径为128μm。
19.实施例3
20.在本实施例中，第一单模光纤1的一端从空芯硅管2的一端插入空芯硅管2内并与空芯硅管2密封连接，第二单模光纤3的一端从空芯硅管2的另一端插入空芯硅管2内并与空芯硅管2密封连接，位于空芯硅管2内第一单模光纤1端面与第二单模光纤3端面之间的间距为35μm，在空芯硅管2的腔体中形成法布里
‑
珀罗干涉腔，位于空芯硅管2内第二单模光纤3上刻写有热再生光栅4，热再生光栅4的栅区长度为15mm，中心波长为1570nm，空芯硅管2由左球形管2
‑
1、圆柱形管2
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2、右球形管2
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3连为一体构成，左球形管2
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1的内径为200μm、外径为220μm，右球形管2
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3的结构与左球形管2
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1的结构相等，圆柱形管2
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2的长度为100μm，内径为128μm。
21.本实用新型的工作原理如下：
22.本实用新型的法布里
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珀罗干涉腔的光谱谱线移动同时受温度和应变的影响，为交叉敏感，而位于第二单模光纤3上的热再生光栅4的光谱谱线不受应力影响，只受温度参量影响，使用热再生光栅4的中心波长表征环境温度，当环境温度确定后，使用该温度对法布里
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珀罗干涉腔的光谱谱线进行修正，得到传感器所受应变与光谱谱线漂移量之间的关
系，本实用新型在第二单模光纤3上加工热再生光纤光栅4，使得传感器的结构简单，有利于传感器小型化，有效地解决了应变传感器对温度与应变交叉敏感的技术问题，提高了传感器的应变灵敏度，应变检测范围为0～900με，温度检测范围为室温～1000℃，扩大了应变检测范围和温度检测范围，本发明具有结构简单、体积小、灵敏度高等优点，可作为应变传感器。


技术特征：
1.一种基于葫芦状微泡结构的温度应变传感器，其特征在于：空芯硅管(2)的一端设置有第一单模光纤(1)、另一端设置有第二单模光纤(3)，位于空芯硅管(2)内第一单模光纤(1)的端面与第二单模光纤(3)端面之间有间距，形成法布里
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珀罗干涉腔，位于空芯硅管(2)内第二单模光纤(3)上刻写有热再生光栅(4)，空芯硅管(2)由左球形管(2
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1)、圆柱形管(2
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2)、右球形管(2
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3)连为一体构成。2.根据权利要求1所述的基于葫芦状微泡结构的温度应变传感器，其特征在于：所述的左球形管(2
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1)和右球形管(2
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3)的内径相等、外径相等。3.根据权利要求1或2所述的基于葫芦状微泡结构的温度应变传感器，其特征在于：所述的左球形管(2
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1)的内径为150μm～200μm，外径为180μm～220μm。4.根据权利要求1所述的基于葫芦状微泡结构的温度应变传感器，其特征在于：所述的圆柱形管(2
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2)的长度为100μm，内径为128μm。5.根据权利要求1所述的基于葫芦状微泡结构的温度应变传感器，其特征在于：所述的位于空芯硅管(2)内第一单模光纤(1)的端面与第二单模光纤(3)端面之间的间距为35～65μm。6.根据权利要求1所述的基于葫芦状微泡结构的温度应变传感器，其特征在于：所述的热再生光栅(4)的栅区长度为8～15mm，中心波长为1510～1570nm。

技术总结
一种基于葫芦状微泡结构的温度应变传感器，空芯硅管的一端设置有第一单模光纤、另一端设置有第二单模光纤，位于空芯硅管内第一单模光纤的端面与第二单模光纤端面之间有间距，形成法布里


技术研发人员：杨杭洲 李泽仁 韩钊 刘鑫 朱加杰 淡金肖 党文杰
受保护的技术使用者：西北大学
技术研发日：2021.04.26
技术公布日：2021/11/21