專利名稱：一種增敏的非本征f-p光纖溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光纖溫度傳感器，特別涉及到一種溫度增敏的非本征F-P光纖傳感器。

背景技術(shù)：
溫度測(cè)量中普遍采用的非電類溫度計(jì)是水銀溫度計(jì)，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定，但不能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。電子溫度傳感器能夠靈活的實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量和控制，在各類工控設(shè)備和電子儀表中應(yīng)用較多熱電偶能夠?qū)崿F(xiàn)高溫測(cè)量，但精度不高，在冷端補(bǔ)償不佳的情況下測(cè)量不準(zhǔn)確；鉑電阻測(cè)量精度高，但測(cè)量靈敏度較低，在導(dǎo)線補(bǔ)償不好的情況下測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確；熱敏電阻的溫度靈敏度高，但具有較大的非線性，且長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差。此外，電子式溫度傳感器普遍存在易受電磁輻射干擾，長(zhǎng)期穩(wěn)定性差，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)热秉c(diǎn)。
非本征型F-P光纖傳感器是目前使用最為廣泛的一種光纖法-珀腔傳感器之一，典型結(jié)構(gòu)是將兩根端面切平或拋光的光纖置入一根內(nèi)徑與光纖包層直徑相匹配的準(zhǔn)直毛細(xì)管中，兩根光纖端面和二者之間的空氣隙構(gòu)成了一個(gè)非本征型的法-珀腔。非本征型F-P光纖傳感器具有制作工藝簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)靈活，通過(guò)對(duì)光纖和準(zhǔn)直毛細(xì)管的材料的選擇以及對(duì)加工參數(shù)的控制，可以調(diào)節(jié)測(cè)量靈敏度，消除參量間的交叉敏感性，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力和應(yīng)變等物理量高靈敏度測(cè)量。
與傳統(tǒng)電子溫度傳感器相比，非本征F-P光纖溫度傳感器具有體積小、測(cè)量精度高、抗電磁干擾、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，采用波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)的非本征F-P光纖溫度傳感器基本不受光源功率波動(dòng)和光纖擾動(dòng)的影響，能夠用于長(zhǎng)期測(cè)量和惡劣環(huán)境下溫度測(cè)量。目前制作的非本征F-P光纖溫度傳感器基本采用玻璃光纖和毛細(xì)玻璃管，溫度增敏效果有限；將非本征F-P光纖溫度傳感器粘在金屬片或其它熱膨脹系數(shù)大的材料之上可以提高溫度靈敏度，但具有溫度響應(yīng)慢、體積大等缺點(diǎn)，并且需要考慮熱應(yīng)力對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。由于玻璃毛細(xì)管較薄，因此未做任何防護(hù)的非本征F-P光纖溫度傳感器容易受到外力的擠壓和剪切而破壞，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中通常需要采用金屬管對(duì)其封裝，導(dǎo)致傳感器的外形尺寸較大，溫度響應(yīng)速度慢，使原傳感器的優(yōu)點(diǎn)不能充分展現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種溫度增敏的非本征F-P光纖傳感器，具有溫度靈敏度高、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、溫度響應(yīng)快的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，在裸光纖的表面通過(guò)刻劃的方法形成與裸光纖軸線正交的缺陷，并將帶有缺陷的裸光纖插入金屬毛細(xì)管中，調(diào)節(jié)劃痕缺陷點(diǎn)在管中的位置；通過(guò)膠粘的方式將位于裸光纖末端一側(cè)的金屬毛細(xì)管端點(diǎn)與裸光纖固定在一起，對(duì)光纖的另外一端施加拉力，當(dāng)劃痕缺陷處的拉應(yīng)力達(dá)到斷裂閾值時(shí)，裸光纖從缺陷處裂開(kāi)，形成與光纖軸線垂直的平行解理面，兩個(gè)平行解理面與二者之間的空氣隙則構(gòu)成了一個(gè)非本征F-P干涉腔；調(diào)節(jié)干涉腔的長(zhǎng)度，通過(guò)膠粘的方式將金屬毛細(xì)管的另一端與裸光纖固定在一起，制作出增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器；根據(jù)需要在非本征F-P光纖溫度傳感器的尾纖上安裝護(hù)套進(jìn)行保護(hù)。
具體制作技術(shù)為將去除涂敷層并經(jīng)表面潔凈處理的裸光纖放在光纖切刀上，扣好兩側(cè)的壓板，推動(dòng)刀片，在裸光纖表面形成與裸光纖軸線正交的劃痕，但并不打斷，將帶有劃痕缺陷的裸光纖插入金屬毛細(xì)管中，通過(guò)光纖調(diào)整架調(diào)節(jié)劃痕缺陷在管中的位置，然后采用膠粘的方式將位于裸光纖末端一側(cè)的金屬毛細(xì)管端點(diǎn)與裸光纖固定在一起。之后向后拉動(dòng)尾纖，裸光纖表面刻痕缺陷由于應(yīng)力集中而成為整個(gè)光纖上最薄弱的環(huán)節(jié)，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到該點(diǎn)的斷裂閾值時(shí)，裸光纖從刻痕缺陷處裂開(kāi)，形成兩個(gè)端面平整、與光纖軸線垂直的平行解理面，兩個(gè)平行解理面與二者之間的空氣隙則構(gòu)成了一個(gè)非本征F-P干涉腔。通過(guò)光纖調(diào)整架調(diào)節(jié)非本征F-P光纖傳感器的腔長(zhǎng)，并通過(guò)非本征F-P光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量干涉腔的長(zhǎng)度，當(dāng)腔長(zhǎng)調(diào)整到設(shè)計(jì)值后，通過(guò)膠粘的方式將金屬毛細(xì)管另一端和尾纖固定在一起，制作出溫度增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器。實(shí)際中根據(jù)傳感器的應(yīng)用環(huán)境的需要在尾纖上安裝光纖護(hù)套予以保護(hù)。
本實(shí)用新型的效果和益處是，本實(shí)用新型采用熱膨脹系數(shù)大的金屬毛細(xì)管替代傳統(tǒng)的石英和玻璃等材料制作出增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器，與采用玻璃光纖或者玻璃毛細(xì)管制作非本征F-P光纖溫度傳感器的技術(shù)相比，具有溫度靈敏度高，不易損壞等優(yōu)點(diǎn)；與傳統(tǒng)的將非本征F-P光纖溫度傳感器粘在金屬片和其它熱膨脹系數(shù)大的材料之上提高溫度靈敏度的技術(shù)相比，具有溫度響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高以及布設(shè)靈活等優(yōu)點(diǎn)，能夠用于強(qiáng)電磁輻射、易燃易爆等場(chǎng)合下的高精度溫度測(cè)量。

附圖1是增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器的剖面示意圖。
圖中1非本征F-P干涉腔；2金屬毛細(xì)管；3平行解理面；4裸光纖；5尾纖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例。
將內(nèi)徑為0.13mm，外徑為2mm的鋁制金屬毛細(xì)管置入裝有酒精的超聲波池中清洗并烘干。將光纖一端的涂敷層去掉，裸光纖比鋁制金屬毛細(xì)管長(zhǎng)5～10mm，采用丙酮將裸光纖4的表面擦洗干凈，然后將裸光纖4放在光纖切刀的架上，扣好兩側(cè)的扣板，推動(dòng)刀片，這樣可以在光纖表面形成劃痕，但操作的過(guò)程中不能打斷光纖。將帶有刻痕缺陷的裸光纖4插入鋁制金屬毛細(xì)管2中，調(diào)節(jié)刻痕缺陷在鋁制金屬毛細(xì)管2中的位置，然后采用環(huán)氧樹(shù)脂膠合劑將光纖的自由端和鋁制金屬毛細(xì)管2粘在一起，之后通過(guò)光纖調(diào)整架向后拉動(dòng)尾纖5，由于光纖表面已經(jīng)存在缺陷，因此在拉應(yīng)力達(dá)到某一值時(shí)，光纖從刻痕處拉開(kāi)，形成平整的、與光纖軸向垂直的平行解理面3，而兩個(gè)平行解理面3與二者之間的空氣隙則構(gòu)成了一個(gè)非本征F-P腔1。通過(guò)光纖調(diào)整架可以調(diào)節(jié)非本征F-P腔1的長(zhǎng)度，并通過(guò)接在尾纖5后端的光纖F-P傳感器解調(diào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀察干涉腔的長(zhǎng)度，當(dāng)腔長(zhǎng)調(diào)整到設(shè)定長(zhǎng)度后，通過(guò)膠粘的方式將鋁制金屬毛細(xì)管2的另外一端與尾纖5固定在一起，通過(guò)上述步驟可以高效、靈活的制作出增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器。
根據(jù)文獻(xiàn)《光纖EFPI傳感器系統(tǒng)及其在油氣井中應(yīng)用的研究》，結(jié)合上述非本征F-P光纖溫度傳感器的結(jié)構(gòu)，則外界溫度變化引起的腔長(zhǎng)變化量為 Δd＝(αmLg-αfLif-αfLrf)ΔT 其中，Lg為傳感器的標(biāo)距，即金屬毛細(xì)管與光纖的兩個(gè)固定點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，Lif和Lrf分別為金屬毛細(xì)管內(nèi)入射光纖和反射光纖長(zhǎng)度，ΔT為溫度變化量，αm和αf分別為金屬毛細(xì)管和光纖的熱膨脹系數(shù)。纖芯摻鍺的單模光纖和鋁金屬管的熱膨脹系數(shù)分別為5.6×10-7/℃和24×10-6/℃。
非本征F-P光纖溫度傳感器的腔長(zhǎng)遠(yuǎn)小于其標(biāo)距Lg，因此有Lif+Lrf≈Lg，上式可以化簡(jiǎn)為 Δd＝(αm-αf)LgΔT 由于αm遠(yuǎn)大于αf，且單模光纖的熱膨脹系數(shù)一定，因此采用金屬毛細(xì)管制作的非本征F-P光纖溫度傳感器的溫度系數(shù)主要由傳感器的標(biāo)距和金屬管的熱膨脹系數(shù)決定的。如果采用鋁制金屬毛細(xì)管，在其它工藝相同的情況下溫度靈敏比采用玻璃毛細(xì)管的增大8倍左右，從而實(shí)現(xiàn)增敏的目的。
權(quán)利要求1.一種增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器，其特征在于在裸光纖(4)的表面刻劃與裸光纖(4)軸線正交的刻痕缺陷，將帶有刻痕缺陷的裸光纖(4)插入金屬毛細(xì)管(2)；將位于裸光纖(4)末端一側(cè)的金屬毛細(xì)管(2)端點(diǎn)與裸光纖(4)膠粘固定在一起；刻痕缺陷處裂開(kāi)形成與光纖軸線垂直的兩個(gè)平整解理面(3)與二者之間的空氣隙構(gòu)成了一個(gè)非本征F-P干涉腔(1)；將金屬毛細(xì)管(2)的另外一端與裸光纖(4)膠粘固定在一起，構(gòu)成一個(gè)增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器。其特征是通過(guò)刻劃產(chǎn)生缺陷，并利用刻痕缺陷處應(yīng)力集中的特點(diǎn)拉斷形成平整光纖端面；采用粘合劑將金屬毛細(xì)管與非本征F-P干涉腔的裸光纖粘結(jié)在一起，由兩個(gè)光纖平端面和熱膨脹系數(shù)大于玻璃毛細(xì)管的金屬毛細(xì)管構(gòu)成了一個(gè)增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器。本實(shí)用新型的有益效果是，能夠得到光纖端面良好、干涉腔沒(méi)有雜質(zhì)、增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器，具有溫度響應(yīng)快、溫度靈敏度高、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高和制作靈活等優(yōu)點(diǎn)，能夠用于強(qiáng)電磁輻射、易燃易爆等場(chǎng)合下的高精度溫度測(cè)量。
文檔編號(hào)G01K11/32GK201378086SQ20092001027
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月17日
發(fā)明者宋世德, 王曉娜, 于清旭 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)