專利名稱：濃度可調(diào)諧的混合液芯光纖溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量技術(shù)領(lǐng)域的溫度傳感器，具體是一種濃度可調(diào)諧的混合 液芯光纖溫度傳感器。
技術(shù)背景光纖傳感器在近幾十年來因為它易于集成、抗干擾性強等特點，在很多的傳 感領(lǐng)域得以應(yīng)用，并發(fā)揮了巨大的功效。從1967年第一次提出光纖傳感器這個 觀念至今，光纖傳感器已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于位移傳感、力學(xué)傳感、光學(xué)傳感以及 溫度傳感等領(lǐng)域。1972年第一次有人將液體注入空心光纖制作成混合液芯光纖， 并對其性質(zhì)及應(yīng)用開始了研究。液體對于很多物理量的高靈敏度使混合液芯光纖 很快就被應(yīng)用到了傳感領(lǐng)域。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Marten de Vries等在《IEEE Region 3 Technical Conference》(電氣與電子工程師學(xué)會3區(qū)會議論文集)1991年上發(fā)表 的"Liquid core optical fiber temperature sensors",(混合液芯光纖溫度 傳感器)，該文中提出第一次提出了混合液芯光纖溫度傳感器的概念，利用光纖 芯徑和包層的折射率差隨溫度變化的特性進行溫度傳感，其不足在于由于所使 用的液體成分單一，盡管測量范圍從2(TC到185r，但是其靈敏度僅為0.007 dB/K,很難滿足在室溫范圍內(nèi)高精度的溫度測量要求，很難在現(xiàn)實生活中有太多 的應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種濃度可調(diào)諧的混合液芯光纖溫度 傳感器，使其在室溫下實現(xiàn)高靈敏度的溫度傳感，且溫度傳感的測量范圍可以通 過調(diào)節(jié)混合液芯光纖的混合液體的濃度配比加以調(diào)節(jié)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括光源輸出裝置，傳輸裝置， 溫度測試裝置以及接收檢測裝置。溫度測試裝置中包括了溫度測定腔和混合液芯光纖。光源輸出裝置、混合液芯光纖以及接收檢測裝置之間通過傳輸裝置連接， 混合液芯光纖懸空置于溫度測定腔內(nèi)。光源輸出裝置輸出的光在傳輸裝置內(nèi)幾乎 無損耗傳播，經(jīng)過混合液芯光纖后光強信號被接收檢測裝置接收。所述光源輸出裝置為通信波長激光器。所述傳輸裝置為標(biāo)準(zhǔn)通信波長單模光纖。所述接收檢測裝置為通信波段使用光功率計。所述溫度測定腔為空腔，用于測量樣品空間的溫度。所述的混合液芯光纖采用在普通空心二氧化硅光纖內(nèi)充入混合液體得到，所 采用的混合液體選取了與光纖包層(二氧化硅)折射率十分相近的兩種不同液體 即甲苯(Toluene)以及氯仿(Choroform)，其中甲苯的體積含量為30%_40%， 前者常溫下折射率略高于二氧化硅，而后者略低于二氧化硅且能夠很好地互融， 從而使混合性液體的折射率在不同配比情況下能夠在光纖包層(二氧化硅)折射 率附近變化。整個混合液體的折射率受外界溫度的影響而線性變化。本發(fā)明工作時，在空心光纖內(nèi)注入所述混合液體，則在要求測量溫度范圍附 近輸出端的光強對于溫度非常敏感，當(dāng)液體折射率大于外層二氧化硅折射率，則 入射光幾乎無損耗通過光纖；當(dāng)液體折射率小于外層折射率，則入射光不能通過 光纖；當(dāng)液體折射率略大于外層折射率且兩者相當(dāng)接近時，隨著溫度變化，入射 光通過光纖的損耗率出現(xiàn)明顯變化，通過在接收端檢測經(jīng)過混合液芯光纖后的光 強信號變化情況，以此達到精確測量探測樣品溫度的效果。另外，通過改變混合 液體各成分的配比，可以很方便的改變傳感器的溫度測量范圍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極進步效果在于本發(fā)明在常溫條件下實現(xiàn)了 可濃度調(diào)諧的混合液體光纖溫度傳感器，在工作范圍內(nèi)，其靈敏度極高，達到了 5dB/K。同時，其工作范圍可以通過改變液體的成分配比進行調(diào)解，調(diào)節(jié)范圍從 2(TC到6(TC，覆蓋了常溫的幾乎所有范圍。該發(fā)明適用于小范圍高精度的溫度 測量或者常溫范圍內(nèi)的精確溫度甄別，且結(jié)構(gòu)簡單，易于集成。


圖l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明混合液芯光纖的混合液體的濃度與溫度相關(guān)圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。如圖l所示，本實施例為通過利用混合液芯光纖設(shè)計的可調(diào)諧溫度傳感器。 包括光源輸出裝置IO，傳輸裝置20，溫度測試裝置31、 32以及接收檢測裝置40。溫度測試裝置中包括了溫度測定腔32和混合液芯光纖31 。光源輸出裝置10、 混合液芯光纖31以及接收檢測裝置40之間通過傳輸裝置20連接，混合液芯光 纖31懸空置于溫度測定腔內(nèi)。光源輸出裝置10輸出的光在傳輸裝置20內(nèi)幾乎 無損耗傳播，經(jīng)過混合液芯光纖31后光強信號被接收檢測裝置40接收。如圖2所示，混合液芯光纖31中混合液體的混合濃度與溫度具體關(guān)系變化 范圍可以從20%至90%。當(dāng)液體混合液中的甲苯含量大于曲線中對應(yīng)溫度下的點， (即在曲線上方時)，液體折射率大于外層二氧化硅折射率，則入射光幾乎無損 耗通過光纖；當(dāng)液體中的甲苯含量小于曲線上的點時，(即在曲線下方時)，液體 折射率小于外層折射率，則入射光不能通過光纖；當(dāng)液體中甲苯含量接近圖中曲 線上方時，液體折射率略大于外層折射率且兩者相當(dāng)接近時，隨著溫度變化，入 射光通過光纖的損耗率出現(xiàn)明顯變化，通過在接收端檢測經(jīng)過混合液芯光纖后的 光強信號變化情況，以此達到精確測量探測樣品溫度的效果。本實施例中，所述光源輸出裝置10為功率lmW，中心波長1550nm激光器。 本實施例中，所述傳輸裝置20為標(biāo)準(zhǔn)通信波長1550nm單模光纖。 本實施例中，所述接收檢測裝置40為通信波段1550nm光功率計。 本實施例中，所述溫度測定腔32為空腔，用于測量樣品空間的溫度。 本實施例中，所述的混合液芯光纖31采用在普通空心二氧化硅光纖內(nèi)充入 特定選取的混合型液體得到。本實施例中所選用的混和液體為甲苯(Toluene) 和氯仿(Chloroform)的混合溶液，其中甲苯的體積比為30%、 37. 5%和40%，使 得該混合液體折射率非常接近外層折射率。所選用的這兩種液體各自的 Sellmeier方程分別為甲苯=1.474775+ 0.069卯31/義2+2.1776x1 (TV"，對應(yīng)的熱光系數(shù)氯仿wcW。TO/。
= 1.431364 + 0.0563241"2—2.0805xl0"/;i4 + 1.2613x10—5/;i6，對應(yīng)的熱光系數(shù)dn^fjdt^6.328x l(T本實施例工作時，在所述的空心光纖內(nèi)注入所述的按照不同比例調(diào)配好的混 合液體，在光源輸出裝置端輸出lmW波長為1550nm的光強信號，在接收檢測裝 置端觀察溫度測定腔內(nèi)溫度從2(TC到6(TC變化過程中的光強信號的變化情況。本實施例首先選用了含甲苯濃度30%的混合溶液制作而成的混合液芯光纖 31進行溫度傳感實驗，在通過外部控溫裝置改變溫度的過程中，接收檢測裝置 40接收到的光強信號變化明顯。傳感工作區(qū)域中心在25'C左右，靈敏度達到了 5dB/K，實驗結(jié)果與理論預(yù)測吻合。本實施例通過改變混合液體各成分的配比的 方式，將甲苯的濃度提高到37.5%和45%，改變了工作區(qū)域的中心位置，從25'C 移動到了 35。C和45。C，并在新的工作區(qū)域內(nèi)同樣得到了高靈敏度(接近5dB/K) 的溫度傳感器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例在常溫條件下實現(xiàn)了可濃度調(diào)諧的混合液體光纖 溫度傳感器。在工作范圍內(nèi)，其靈敏度極高，達到了5dB/K。同時，其工作范圍 可以通過改變液體的成分配比進行調(diào)解，調(diào)節(jié)范圍從2(TC到6(TC左右，覆蓋了 常溫的幾乎所有范圍。該實施例適用于小范圍高精度的溫度測量或者常溫范圍內(nèi) 的精確溫度甄別。且結(jié)構(gòu)簡單，易于集成。
權(quán)利要求
1. 一種濃度可調(diào)諧的混合液芯光纖溫度傳感器，包括光源輸出裝置，傳輸裝置，溫度測試裝置以及接收檢測裝置，其特征在于，所述溫度測試裝置中包括溫度測定腔和混合液芯光纖，光源輸出裝置、混合液芯光纖以及接收檢測裝置之間使用傳輸裝置連接，混合液芯光纖懸空置于溫度測定腔內(nèi)，光源輸出裝置輸出的光在傳輸裝置內(nèi)傳播，經(jīng)過混合液芯光纖后光強信號被接收檢測裝置接收；其中所述混合液芯光纖由空心二氧化硅光纖內(nèi)充入混合液體構(gòu)成，所述混合液體由甲苯以及氯仿組成，其中甲苯的體積含量為30％-40％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可濃度調(diào)諧的混合液芯光纖溫度傳感器，其特征 是，所述溫度測定腔為空腔，用于測量樣品空間的溫度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濃度可調(diào)諧的混合液芯光纖溫度傳感器，其特征 是，所述光源輸出裝置為通信波段激光器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濃度可調(diào)諧的混合液芯光纖溫度傳感器，其特征 是，所述傳輸裝置為通信波段使用的單模光纖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濃度可調(diào)諧的混合液芯光纖溫度傳感器，其特征 是，所述接收檢測裝置為通信波段的光功率計。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可濃度調(diào)諧的混合液芯光纖溫度傳感器，其特征 是，所述傳感器，其工作范圍為20。C到6(TC。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種濃度可調(diào)諧的混合液芯光纖溫度傳感器，包括光源輸出裝置，傳輸裝置，溫度測試裝置以及接收檢測裝置。溫度測試裝置中包括了溫度測定腔和混合液芯光纖。光源輸出裝置、混合液芯光纖以及接收檢測裝置之間通過傳輸裝置連接，混合液芯光纖懸空置于溫度測定腔內(nèi)?；旌弦盒竟饫w由空心二氧化硅光纖內(nèi)充入混合型液體構(gòu)成，所采用的混合液體成分為甲苯以及氯仿，甲苯的體積含量為30％-40％。本發(fā)明在工作范圍內(nèi)，其靈敏度極高，達到了5dB/K，調(diào)節(jié)范圍可以從20℃到60℃，覆蓋了常溫的幾乎所有范圍。該發(fā)明適用于小范圍高精度的溫度測量或者常溫范圍內(nèi)的精確溫度甄別，且結(jié)構(gòu)簡單，易于集成。
文檔編號G01K11/00GK101261165SQ200810036569
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者鈺 朱, 許永豪, 微 談, 陳險峰 申請人:上海交通大學(xué)