本發明專利技術的光纖琺珀應變傳感器，包括相互熔接的兩段光纖(1)和(2)，光纖(1)上與光纖(2)熔接的一端具有圓孔，圓孔與單模光纖(1)和(2)形成非本征型琺珀腔；所述光纖(2)的另一端平整，并具有砷化鎵鍍膜。本發明專利技術的有益效果：本發明專利技術的光纖琺珀應變傳感器及其系統與現有的琺珀應變傳感器相比具有如下優點：砷化鎵薄膜的本征吸收波長不受薄膜應力等外界因素影響，只和溫度有關。砷化鎵薄膜本征吸收快，耐高溫，能滿足高溫條件下溫度的實時測量。該琺珀應變傳感器輸入輸出同一根光纖，結構簡單，便于批量安裝。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光學傳感元件
，具體涉及一種光纖傳感器，特別涉及一種能夠同時測量應變和溫度的吸收式溫度補償的光纖琺珀應變傳感器、以該傳感器為核心的傳感系統以及上述傳感器的制造方法。
技術介紹
在半導體(如砷化鎵)傳感器應用領域，應用本征半導體的禁帶寬度隨溫度升高而減小的現象，在1999年，曹康敏等人用砷化鎵晶片作敏感元、光纖作導光系統、半導體發光二極管作光源、半導體光電二極管做光電轉換元，構成了半導體吸收式光纖溫度傳感器。上述半導體(如砷化鎵)吸收式光纖溫度傳感器基本原理是當一定波長的光照射到半導體上時，半導體中的電子吸收了足夠的能量，從價帶躍迀到導帶，從而發生本征吸收(發生本征吸收的條件是電子從價帶躍迀到導帶的光子能量h V必須大于半導體禁帶寬度Eg，即h V多h Vg= E g0其中h—普朗克常量，V—入射光頻率，Vg—發生本征吸收的入射光最低頻)。而波長λ和光頻率V之間的關系為λ = C/V (C為光速)，也就是說，當溫度升高時，禁帶寬度近似線性減小，則發生本征吸收的最長波長只與溫度有關(不受外界應力等因素影響)，從而實現溫度測量。光纖傳感是現代光纖技術的重要應用之一，具有體積小、精度高以及抗電磁干擾等優點。光纖琺珀應變傳感器是光纖傳感器的一種，通過獲取并分析受外界應變影響下光纖傳感器中傳輸光的強度、相位、波長以及偏振態等信息，可實現對橋梁、天平結構以及石油管道等大型工程結構的實時健康檢測。但是，在應變測量過程中，由于溫度因素對應變測量傳感器有一定的影響，應變因素和溫度因素的分離以及熱應變的誤差是應變傳感器在實際應用中的重要問題之一。目前，在光纖傳感領域，應變和溫度的測量主要是依靠光纖布拉格光柵和法I白干涉腔。如2003年吳文江等人設計了一種法布里-珀羅應變測試系統，并在預應力混凝土連續橋梁上與電阻式應變傳感器進行了應變對比測試試驗。試驗結果表明，法布里-珀羅光纖傳感器易與鋼筋、混凝土復合，適用于橋梁結構的應變測試，但是并不能應用于高溫環境下結構應變的測量。基于懸臂梁結構的琺珀應變傳感器，大多數采用并聯雙路琺珀干涉腔分析技術來消除懸臂梁基底熱應變對應變測量的影響，但由于基底對兩只琺珀傳感器的熱應變不會完全一樣，因此也不能精確消除熱應變導致的誤差。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決現有的光纖傳感器無法同時測量溫度和應變，提出了一種方案，將對應力不敏感的溫度傳感器和對溫度不敏感的應變傳感器組合，實現溫度和應變的同時測量。本專利技術的技術方案是:光纖琺珀應變傳感器，其特征在于，包括相互熔接的兩段光纖⑴和(2)，光纖⑴上與光纖(2)熔接的一端具有圓孔，圓孔與光纖⑴和⑵形成非本征型琺珀腔；所述光纖(2)的另一端平整，并具有測溫鍍膜層。進一步的，上述測溫鍍膜層具體為砷化鎵鍍膜、磷化鎵鍍膜或硅鍍膜之一。進一步的，上述光纖為單模光纖。進一步的，上述光纖(2)的長度為1mm。進一步的，上述測溫鍍膜層的厚度為100-300nm。進一步的，上述光纖(I)和(2)截取自同一光纖。光纖琺珀應變傳感系統，其特征在于，包括由2X1耦合器連接的光纖琺珀應變傳感器、光源和解調器，其連接關系滿足光源發出的光經耦合器后傳輸至傳感器，并經傳感器反射回耦合器，反射光經耦合器傳輸至用于處理反射光的解調器。光纖琺珀應變傳感器制作方法，其特征在于，包括以下步驟:S1、加工光纖(I)，將其一端切割平整，在平整的端面加工圓孔；S2、截取與光纖(I)相同的光纖(2)，將其一端切割平整后與光纖A熔接形成非本征型琺珀腔；S3、將距離琺珀腔10 cm處光纖(I)或(2)的另一端切割平整，并使用研磨機研磨處理；S4、對經研磨處理后的光纖端鍍上測溫鍍膜層。進一步的，上述測溫鍍膜層具體為砷化鎵鍍膜、磷化鎵鍍膜或硅鍍膜之一。進一步的，上述步驟S4中砷化鎵薄膜的厚度為lOOnm。進一步的，上述步驟S4的具體方法為:使用濺射離子鍍膜設備在真空環境下用高能離子轟擊砷化鎵靶材，使靶材表面的離子獲得能量并逸出表面，并沉積于所述研磨處理后的光纖端，形成砷化鎵薄膜。本專利技術的有益效果:本專利技術的光纖琺珀應變傳感器及其系統與現有的琺珀應變傳感器相比具有如下優點:砷化鎵薄膜的本征吸收波長不受薄膜應力等外界因素影響，只和溫度有關。砷化鎵薄膜本征吸收快，耐高溫，能滿足高溫條件下溫度的實時測量。該琺珀應變傳感器輸入輸出同一根光纖，結構簡單，便于批量安裝。【附圖說明】圖1為本專利技術的光纖琺珀應變傳感器的一具體實施例結構示意圖；圖2為基于圖1所示傳感器的傳感系統連接待測基底的結構示意圖?！揪唧w實施方式】本專利技術的以下實施例是根據本專利技術的原理而設計，以下結合附圖和實施例對本專利技術做進一步詳述。本專利技術的實施例是為了解決在測量工程結構中被測基底應變時，琺珀應變傳感器由于熱應變引起的應變測量誤差。如圖1及圖2所示，本實施例的光纖琺珀應變傳感器，包括相互熔接的兩段光纖I和2，光纖I上與光纖2熔接的一端具有圓孔3，圓孔與光纖I和2形成非本征型琺珀腔；所述光纖2的另一端平整，并具有測溫鍍膜層4。作為優選方案，上述測溫鍍膜層具體為砷化鎵鍍膜、磷化鎵鍍膜或硅鍍膜之一。其中選擇硅鍍膜層可獲得更加寬的溫度范圍。光纖優選為為單模光纖。光纖2的長度為具體可為1mm。上述測溫鍍膜層的厚度優選為100-300nm。并且，光纖I和2截取自同一光纖，這可使光纖I和2在焊接時更容易，降低了工藝難度，并且在批量生產時節約工藝成本。需要說明的是，根據琺珀腔的形成條件，砷化鎵薄膜(測溫鍍膜層)也可以選擇鍍于光纖I的另一端，只要保證該端面到琺珀腔的距離即可。因此，當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
光纖琺珀應變傳感器，其特征在于，包括相互熔接的兩段光纖(1)和(2)，光纖(1)上與光纖(2)熔接的一端具有圓孔，圓孔與光纖(1)和(2)形成非本征型琺珀腔；所述光纖(2)的另一端平整，并具有測溫鍍膜層，所述測溫鍍膜層為砷化鎵鍍膜、磷化鎵鍍膜或硅鍍膜之一。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：冉曾令，羅配良，駱書成，饒云江，楊彥廣，戴金雯，李緒國，閩夫，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51
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