一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖傳感領(lǐng)域，設(shè)及一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的溫度傳感器具有采集精度低，易受電磁干擾，穩(wěn)定性差，不能再惡劣的工作 環(huán)境里進行檢測，而光纖光柵傳感器具有傳統(tǒng)溫度傳感器所不具有的優(yōu)點，如傳感探頭結(jié) 構(gòu)簡單、尺寸小，質(zhì)量輕，外形可變，適于范圍廣，抗電磁干擾，電絕緣，耐腐蝕，本質(zhì)安全；耐 久性好，化學(xué)性能極其穩(wěn)定，適合在高溫、化學(xué)侵蝕等惡劣環(huán)境中使用；光纖光柵會受周圍 溫度的變化而導(dǎo)致波長的變化，所W光纖光柵溫度傳感器正是應(yīng)用光柵的特點而制作的溫 度傳感器。但受本身材質(zhì)所限，光纖光柵溫度傳感器的響應(yīng)速度比傳統(tǒng)溫度傳感器響應(yīng)速 度要慢，使得該些應(yīng)用場合無法使用光纖光柵溫度傳感器。另由于光纖光柵本身靈敏度較 低，對于一般的解調(diào)儀器來說要求較高，導(dǎo)致應(yīng)用范圍受限，應(yīng)用成本提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種響應(yīng)速度極快的高靈敏度溫度傳感器，克服了現(xiàn)有光纖光柵溫度 傳感器的響應(yīng)速度低，靈敏度差的問題。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] 一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，包括一個帶有開口處的圓柱形 筒狀的感溫金屬外殼，感溫金屬外殼內(nèi)有一根光纖，光纖中部有一段光纖光柵，感溫金屬外 殼內(nèi)有溫度增敏器件，感溫金屬外殼與溫度增敏器件之間充滿有熱傳導(dǎo)介質(zhì)，其特征在于， 溫度增敏器件為一個長度小于光纖的長度的圓柱體金屬椿，沿圓柱體金屬椿的軸向有一個 通槽，將光纖帶有光纖光柵的一段固定在圓柱體金屬椿的軸向的通槽內(nèi)，光纖伸出圓柱體 金屬椿之外的一段伸入到導(dǎo)熱介質(zhì)中，一個固定堵頭堵住感溫金屬外殼的開口處并用防水 膠密封，用于保護在感溫金屬外殼的內(nèi)部的光纖部分；
[0006] 進一步的技術(shù)方案包括：
[0007] 所述的圓柱體金屬椿為紫銅材質(zhì)；
[000引所述的圓柱體金屬椿的尺寸為直徑2mm，長度13mm，沿圓柱體金屬椿軸向的通槽 的直徑為0. 3mm;
[0009] 所述的熱傳導(dǎo)介質(zhì)（2)為導(dǎo)熱娃脂；
[0010] 所述的感溫金屬外殼（1)直徑為4mm，長度為15mm。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：
[0012] 目前普通的光纖光柵溫度傳感器的靈敏度較低，使得該些應(yīng)用場合無法使用光纖 光柵溫度傳感器。本發(fā)明選用金屬材料選擇紫銅椿作為溫度增敏器件，利用其較大的熱膨 脹系數(shù)對光纖光柵施加一個軸向的拉伸，達到增敏效果，本發(fā)明的。
[0013] 目前普通的光纖光柵溫度傳感器，響應(yīng)速度較低，無法滿足高精度的溫度測量。本 發(fā)明使用導(dǎo)熱娃脂作為熱傳導(dǎo)介質(zhì)，一方面通過填充導(dǎo)熱娃脂提高溫度響應(yīng)速度，另一方 面防止溫度增敏器件受到外力的影響，因為光纖光柵的力敏感特性，對于使用過程中的撞 擊或者晃動會引起光纖光柵的波長改變，從而造成測量誤差。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器中的溫度 增敏器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器的溫度增 敏效果測試圖；
[0017] 圖4為本發(fā)明所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器的響應(yīng)速 度測試圖。
[001引圖中：1、感溫金屬外殼，2、熱傳導(dǎo)介質(zhì)，3、溫度增敏器件，4、光纖光柵，5、光纖，6、 固定堵頭。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的描述：
[0020] 一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，包括一個帶有開口處的圓柱形 筒狀的感溫金屬外殼1，感溫金屬外殼1內(nèi)有一根光纖5,光纖5中部有一段光纖光柵4,感 溫金屬外殼1內(nèi)有溫度增敏器件3,感溫金屬外殼1與溫度增敏器件3之間充滿有熱傳導(dǎo)介 質(zhì)2,溫度增敏器件3為一個長度小于光纖5的長度的圓柱體金屬椿，沿圓柱體金屬椿的軸 向有一個通槽，將光纖5帶有光纖光柵4的一段固定在圓柱體金屬椿的軸向的通槽內(nèi)，光纖 5伸出圓柱體金屬椿之外的一段伸入到導(dǎo)熱介質(zhì)2中，一個固定堵頭6堵住感溫金屬外殼1 的開口處并用防水膠密封，用于保護在感溫金屬外殼1的內(nèi)部的光纖5部分。采用固化娃 橡膠在圓柱體金屬椿兩側(cè)對光纖5進行固定，再利用熱固化環(huán)氧樹脂膠對光柵4部分進行 固定。所述的感溫金屬外殼1直徑為4mm，長度為15mm。圓柱體金屬椿為紫銅材質(zhì)，圓柱體 金屬椿的尺寸為直徑2mm，長度13mm，沿圓柱體金屬椿軸向的通槽的直徑為0. 3mm，所述的 熱傳導(dǎo)介質(zhì)2為導(dǎo)熱娃脂。
[0021] 本發(fā)明所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器工作原理：
[0022] 本發(fā)明提供了響應(yīng)速度極快的高靈敏度溫度傳感器。高靈敏度體現(xiàn)在由于將光 纖光柵與金屬椿貼合在一起，金屬幫的熱膨脹系數(shù)遠遠大于光纖的熱膨脹系數(shù)，即在相同 溫度變化情況下，金屬因溫度上升的伸長量要遠遠大于光纖的伸長量，光纖埋入與金屬 相連的膠中后，會隨著金屬一并拉伸，所W當(dāng)金屬因很小的溫度變化而拉伸時，光纖也會 A義 隨著金屬一并拉伸，起到增敏效果。即^ =[c、+0-/U?、]Ar增敏后的溫度傳感器與 增敏前的溫度傳感器標(biāo)定數(shù)據(jù)對比，如圖3可見，普通的溫度傳感器標(biāo)定曲線為AA= 9. 127AT+161. 955,增敏后的溫度傳感器標(biāo)定曲線為AA= 32. 303AT+616. 55。因此通過 將光柵封裝在增敏器件上，光柵的溫度敏感系數(shù)由W前的9. 127pm/°C，提高至32. 3pm/°C， 提高了 3. 5倍。
[0023] 高響應(yīng)速度的保證；為了確保極高的響應(yīng)速度本品采用尺寸極小的金屬鋼管做感 溫金屬外殼，尺寸僅僅為直徑4mm，長度15mm，比常規(guī)光纖光柵溫度傳感器從體積上減小了 3倍W上，通過縮小體積減小熱容，達到外界感溫的高響應(yīng)速度，內(nèi)部高響應(yīng)速度是通過填 充在感溫金屬外殼和溫度增敏器件中間的熱傳導(dǎo)介質(zhì)導(dǎo)熱娃脂來實現(xiàn)的，實驗證明導(dǎo)熱娃 脂對于熱傳導(dǎo)有著極高的效率。本品通過兩次效率極高的溫度傳遞將外界溫度用最短的時 間傳遞至光纖光柵，實現(xiàn)高響應(yīng)。
[0024] 對比實驗采用普通未增敏的溫度傳感器與本品進行溫度響應(yīng)速度的對比，實驗方 法；將兩只傳感器置于溫度穩(wěn)定相同的環(huán)境下，將水域恒溫槽升溫至60度穩(wěn)定后，兩只傳 感器同時放進水域恒溫槽內(nèi)，間隔100ms保存數(shù)據(jù)。
[0025] 如圖4所示，本品經(jīng)過特殊設(shè)計的高響應(yīng)速度光纖光柵溫度傳感器僅僅用了不到 3s就達到了 60度溫差的溫度穩(wěn)定，普通光纖光柵溫度傳感器則用了近8s才達到溫度穩(wěn)定， 速度提高了近3倍，對于一些要求相應(yīng)速度快的場合有著很大的意義。
【主權(quán)項】
1. 一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，包括一個帶有開口處的圓柱形筒 狀的感溫金屬外殼（1)，感溫金屬外殼（1)內(nèi)有一根光纖（5)，光纖（5)中部有一段光纖光 柵（4)，感溫金屬外殼（1)內(nèi)有溫度增敏器件（3)，感溫金屬外殼（1)與溫度增敏器件（3) 之間充滿有熱傳導(dǎo)介質(zhì)（2)，其特征在于，溫度增敏器件（3)為一個長度小于光纖（5)的長 度的圓柱體金屬棒，沿圓柱體金屬棒的軸向有一個通槽，將光纖（5)帶有光纖光柵（4)的一 段固定在圓柱體金屬棒的軸向的通槽內(nèi)，光纖（5)伸出圓柱體金屬棒之外的一段伸入到導(dǎo) 熱介質(zhì)（2)中，一個固定堵頭（6)堵住感溫金屬外殼（1)的開口處并用防水膠密封，用于保 護在感溫金屬外殼（1)的內(nèi)部的光纖（5)部分。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，其特征在 于，所述的圓柱體金屬棒為紫銅材質(zhì)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所說的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，其特 征在于，所述的圓柱體金屬棒的尺寸為直徑2_，長度13_，沿圓柱體金屬棒軸向的通槽的 直徑為〇. 3mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，其特征在 于，所述的熱傳導(dǎo)介質(zhì)（2)為導(dǎo)熱硅脂。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，其特征在 于，所述的感溫金屬外殼（1)直徑為4_，長度為15mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，包括一個帶有開口處的圓柱形筒狀的感溫金屬外殼，感溫金屬外殼內(nèi)有一根光纖，光纖中部有一段光柵，感溫金屬外殼內(nèi)有溫度增敏器件，感溫金屬外殼與溫度增敏器件之間充滿有熱傳導(dǎo)介質(zhì)，其特征在于，溫度增敏器件為一個長度小于光纖的長度的圓柱體金屬棒，沿圓柱體金屬棒的軸向有一個通槽，將光纖帶有光柵的一段固定在圓柱體金屬棒的軸向的通槽內(nèi)，光纖伸出圓柱體金屬棒之外的一段伸入到導(dǎo)熱介質(zhì)中，一個固定堵頭堵住感溫金屬外殼的開口處并用防水膠密封，用于將光纖保護在感溫金屬外殼的內(nèi)部。本發(fā)明體積小、響應(yīng)速度快、靈敏度高，工作效果佳。
【IPC分類】G01K1/16, G01K11/32
【公開號】CN104977098
【申請?zhí)枴緾N201510415655
【發(fā)明人】張?zhí)扈? 林君, 張義鑫
【申請人】吉林大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年7月16日