一種光纖溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】一種光纖溫度傳感器，屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，包括一根單模光纖和一塊具有180°圓弧面的金屬板，所述單模光纖的中部呈180°彎曲地貼合地固定于所述金屬板的圓弧面上。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、制作方便、成本低廉且靈敏度高、使用效果好，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的基于光纖宏彎曲產(chǎn)生回音壁模的溫度傳感器，諧振波長隨著溫度變化而發(fā)生變化。這樣將溫度信號變化轉(zhuǎn)化為光信號變化，實現(xiàn)高靈敏度和高精度的溫度測量。
【專利說明】
一種光纖溫度傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種簡單實用的光纖溫度傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]在科研和生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到溫度測量問題，傳統(tǒng)的溫度傳感器有熱電偶、熱電阻溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器、半導體溫度傳感器等。光纖溫度傳感器是20世紀70年代發(fā)展起來的一種新型傳感器。與傳統(tǒng)的溫度傳感器相比，它具有靈敏度高，體積小，質(zhì)量輕，易彎曲，不產(chǎn)生電磁干擾，不受電磁干擾，抗腐蝕性好等優(yōu)點，特別適用于易燃、易爆、空間狹窄和具有腐蝕性強的氣體、液體以及射線污染等苛刻環(huán)境條件下的溫度檢測。
[0003]光纖宏彎損耗理論始于20世紀70年代，最初光纖的宏彎損耗理論是用來預測光纖通信中彎曲帶來的不利影響。自20世紀90年代開始，學者開始利用光纖宏彎損耗特性研宄光纖宏彎傳感器。相比于微彎以及光纖光柵等傳感技術(shù)，國內(nèi)外對這方面的研宄還很少。
[0004]1994年，英國的F.M.Haran最早明確提出利用光纖宏彎特性進行溫度傳感，參考文獻[I] Haran F M, Barton J S，Kidd S R, et al.0ptical fibre interferometricsensors using buffer guided light[J].Measurement Science and Technology,1994，5(5): 526，利用光纖彎曲時光在包層及涂覆層產(chǎn)生的回音壁模與纖芯導模之間的相互作用形成干涉計進行溫度傳感。這種方法的優(yōu)勢是不需要除去涂覆層，缺點是相位的測量比較困難。2005年時，美國的Sung Hyun Nam將單模光纖的涂覆層剝離，再用氫氟酸將包層變薄，然后將包層變薄的光纖繞成直徑4.1mm的環(huán)后，利用光在光纖包層和空氣界面之間反射形成的回音壁模并與纖芯的導模之間進行耦合以實現(xiàn)高溫傳感，參考文獻[2]Namj Sung Hyunj and Shizhuo Yin.〃High_temperature sensing using whisperinggallery mode resonance in bent optical fibers.〃 Photonics Technology Letters,IEEE 17.11 (2005): 2391-2393。剝除涂覆層和腐蝕處理不僅使得工藝復雜，成本增加，而且腐蝕后光纖脆弱，抗干擾能力差。2006年印度的A.S.Lalasangi利用纖芯導模和涂覆層-空氣界面形成的回音壁模之間的相位干涉實現(xiàn)溫度傳感，參考文獻[3] LALASANGIA S， KULKARNI V K, Pattanshetti I I, et al.Bend induced loss in single modefiber for designing simple interferometric temperature sensor[J].JOURNAL OFOPTOELECTRONICS AND ADVANCED MATERIALS, 2006, 8(5): 1901-1904。這種傳感器的測試裝置簡單，但相對而言比較粗糙，精度比較低。中國實用新型專利CN102288325 B公開了一種“一種光纖溫度傳感器”，其是利用兩段保偏光纖、起偏器和光纖反射鏡組合，第二段保偏光纖與第一段保偏光纖的偏振軸之間呈45°熔接連接，其缺點為結(jié)構(gòu)復雜，制作成本高，體積大，靈敏度低。中國專利申請200310111511.2公開了一種“微彎光纖溫度傳感器”，該微彎光纖溫度傳感器在溫度變化時，溫度感應器的幾何尺寸因為熱脹冷縮發(fā)生而推動光纖彎曲形變器運動，改變光纖的彎曲程度，從而實現(xiàn)對信號光纖中光強的調(diào)制，其缺點是靈敏度低，體積大等缺點。實用新型內(nèi)容
[0005]為了克服現(xiàn)有上述光纖溫度傳感器的不足，本實用新型提供一種利用光纖宏彎曲原理的光纖溫度傳感器。
[0006]本實用新型包括一根單模光纖和一塊具有180°圓弧面的金屬板，所述單模光纖的中部呈180°彎曲地貼合地固定于所述金屬板的圓弧面上。
[0007]本實用新型是基于光纖宏彎曲的光損耗特性，溫度變化改變光纖彎曲損耗的光纖溫度傳感器。本實用新型利用光纖中傳播模內(nèi)全反射條件因待測物理量的變化而受到影響，部分能量在彎曲區(qū)域從側(cè)面逸出，使光纖中的光通量減少，通過檢查光能量的變化從而測出相應的物理量，即環(huán)境影響的調(diào)制可以轉(zhuǎn)化為光纖彎曲損耗的形式。
[0008]當光通過傳感頭一端進入單模光纖的一端時，光纖纖芯中輻射出的光在包層/涂覆層與涂覆層/空氣層界面發(fā)生反射。在包層半徑比纖芯半徑大的多的情況下，包層內(nèi)表面附近會出現(xiàn)光線的散焦面，從纖芯導模中輻射出的光在散焦面和包層之間傳播，這樣就形成了回音壁模。利用光纖中傳播模全內(nèi)反射條件因溫度變化而受到影響，通過檢查光能量的變化從而測出相應的溫度變化。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0010]1、結(jié)構(gòu)特別簡單，僅用一段單模光纖和一個穩(wěn)定固定圓槽組成傳感頭和傳輸結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對溫度的測量，是極簡單的傳感裝置。
[0011]2、光纖是普通單模光纖，且不需要去除涂覆層以及對包層進行任何處理，成本低廉、制作方便。
[0012]3、使用操作簡便，各個組件之間連接關(guān)系簡單合理，通過本溫度傳感器和光源、光譜儀配合使用，實現(xiàn)對較大溫度范圍進行實時準確、快速可靠的測量。
[0013]綜上所述，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、制作方便、成本低廉且靈敏度高、使用效果好，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的基于光纖宏彎曲產(chǎn)生回音壁模的溫度傳感器，諧振波長隨著溫度變化而發(fā)生變化。這樣將溫度信號變化轉(zhuǎn)化為光信號變化，實現(xiàn)高靈敏度和高精度的溫度測量。
[0014]另外，為了使單模光纖的中部能夠很好地定位于金屬板上，并呈180°彎曲，本實用新型還可在金屬板外表面開設(shè)呈180°彎曲的光滑的凹槽，所述單模光纖的中部設(shè)置在該凹槽。
[0015]進一步地，為了加強單模光纖的中部與金屬板之間的連接關(guān)系，本實用新型還可在單模光纖的中部的兩端與金屬板之間分別設(shè)置固定用UV膠層。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型在測試中的一種應用結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為金屬圓盤的側(cè)向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為室溫下彎曲光纖傳感器光譜圖。
[0019]圖4為實測的諧振波長隨溫度變化關(guān)系圖。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實用新型提供的光纖溫度傳感器進行詳細說明。本實用新型提供一個實例來說明光纖宏彎曲作為傳感元件所形成的溫度傳感器。
[0021]如圖1、2所示，光纖溫度傳感裝置主要由一根單模光纖I和一塊金屬圓盤2組成。
[0022]金屬圓盤2的直徑為I?2cm，在金屬圓盤2的外圓周上開設(shè)有一個光滑的環(huán)形的凹槽21。
[0023]單模光纖I的中部呈180°彎曲地貼合地配合于凹槽21內(nèi)，并且在180°的弧形段的兩端以UV膠層與金屬圓盤2相互固定。
[0024]寬帶光源3發(fā)出寬譜光源用于將光通過單模光纖I傳輸至本光纖溫度傳感裝置，再將包含溫度信息的光信息通過同一根單模光纖I傳輸至光譜儀4。
[0025]圖3中，橫坐標為波長，縱坐標為透射率值。圖3所示，為室溫下透射光譜，通過溫控裝置逐步設(shè)置不同的溫度，進而得到一系列不同溫度下對應的透射光譜，從而得到被測位置的溫度信息。
[0026]圖4所示為不同溫度下對應的透射諧振峰波長。測量結(jié)果顯示多個諧振波長均能對溫度進行測量表征，諧振波長越長，擬合直線越陡峭。最高溫度靈敏度高2.927nm/° C，靈敏度和精度都很高。
[0027]以上所述，僅僅是本實用新型的一個實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做任何的簡單修改、變更以及等效參數(shù)結(jié)構(gòu)變化，均人屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖溫度傳感器，其特征在于包括一根單模光纖和一塊具有180°圓弧面的金屬板，所述單模光纖的中部呈180°彎曲地貼合地固定于所述金屬板的圓弧面上；在金屬板外表面開設(shè)呈180°彎曲的光滑的凹槽，所述單模光纖的中部設(shè)置在該凹槽；在單模光纖的中部的兩端與金屬板之間分別設(shè)置固定用UV膠層。
【文檔編號】G01K11/32GK204241129SQ201420586863
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】舒學文, 陳鵬程 申請人:揚州市潤特光電科技有限公司