基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于：由寬帶光源(1)、第一光纖束腰(2)、氧化石墨烯薄膜(3)、第二光纖束腰(4)和光譜分析儀(5)組成；氧化石墨烯分散液經(jīng)過干燥處理，均勻鍍在第一光纖束腰(2)和第二光纖束腰(4)以及中間光纖區(qū)域的表面上，形成氧化石墨烯薄膜(3)；氧化石墨烯薄膜(3)的厚度為1～20nm；第一光纖束腰(2)左端與寬帶光源(1)連接，第一光纖束腰(2)右端與第二光纖束腰(4)左端連接，第二光纖束腰(4)右端與光譜分析儀(5)連接。本發(fā)明利用了氧化石墨烯薄膜具有機械強度大和導熱系數(shù)高的特性，鍍有氧化石墨烯薄膜光纖傳感器，既不會影響其對溫度的靈敏度，同時也可以極大增強該傳感頭的機械強度，延長傳感器的使用壽命。
【專利說明】
基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明提出了一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨烯是一種新型的二維碳納米材料，具有比表面積大、導熱系數(shù)高、機械強度大 等優(yōu)良性能。作為石墨烯最重要的衍生物一氧化石墨烯，在保留著石墨烯眾多特性的同時， 其表面豐富的含氧官能團使得其有著良好的親水特性，可以穩(wěn)定的分散于水溶液中。氧化 石墨烯水溶液具有易成膜的特性，且技術(shù)手段簡單，利用這一特性，可以將氧化石墨烯分散 液干燥處理，從而在光纖傳感器的側(cè)表面鍍不同厚度的氧化石墨烯薄膜。氧化石墨烯薄膜 機械強度大，因此制得的光纖傳感器具有更強的韌性，更不易折斷;較高的導熱系數(shù)，將不 會影響光纖傳感器對溫度的靈敏度。
[0003] 馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder，M-Z)干涉型光纖傳感器通過采用干涉測量法產(chǎn)生相 位調(diào)制以便獲得較高的靈敏度和分辨率，該原理已經(jīng)被廣泛應用于各種光纖傳感器中來監(jiān) 測各類外界環(huán)境的變化，比如:溫度、液體折射率，壓力等。同時，光纖傳感器還具有:頻帶 寬;不受電磁干擾;體積很小;損壞閾值高等優(yōu)點，因此其發(fā)展前景相當廣闊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，將經(jīng)過干燥 處理的氧化石墨烯分散液均勻的鍍在兩個相同光纖束腰之間的光纖側(cè)表面，從而形成一種 新型的鍍有氧化石墨烯薄膜的光纖傳感器，氧化石墨烯薄膜具有高機械強度的特性，因此， 可以提高該傳感器的機械強度，延長傳感器的壽命；同時該薄膜又具有導熱系數(shù)高的特性， 因此，不會影響到該傳感器對溫度的靈敏度。該傳感器具有結(jié)構(gòu)緊湊、制作技術(shù)簡易，靈敏 度高等優(yōu)點。
[0005] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006] 本發(fā)明提供了一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于：由寬帶 光源（1)、第一光纖束腰(2)、氧化石墨烯薄膜(3)、第二光纖束腰(4)和光譜分析儀(5)組成； 氧化石墨烯分散液經(jīng)過干燥處理，均勻鍍在第一光纖束腰(2)和第二光纖束腰(4)以及中間 光纖區(qū)域的表面上，形成氧化石墨稀薄膜(3);氧化石墨稀薄膜(3)的厚度為1~20nm;第一 光纖束腰(2)左端與寬帶光源（1)連接，第一光纖束腰(2)右端與第二光纖束腰(4)左端連 接，第二光纖束腰(4)右端與光譜分析儀(5)連接。
[0007] 所述的一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于:第一光纖束腰 (2)和第二光纖束腰(4)之間的距離為10~30mm。
[0008] 所述的一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于:第一光纖束腰 (2)和第二光纖束腰(4)長度為120~150μπι，直徑為150~180μπι。
[0009] 本發(fā)明的工作原理是：
[0010] 入射光在經(jīng)過光纖束腰(2)時，部分在光纖纖芯中傳播的光會被耦合到光纖包層 中，激發(fā)出在包層中傳播的包層模，剩余的光將作為纖芯模繼續(xù)沿纖芯向前傳播;光纖束腰 (4)可以將包層中傳播的部分包層模重新耦合到纖芯中，從而與纖芯模形成MZIJZI兩個干 涉臂的物理長度相同，但由于包層和纖芯的有效折射率不一樣，從而形成光程差。纖芯模和 包層模滿足的相位匹配條件表達式為：
[0011]
⑴
[0012] 其4
、別表示纖芯有效折射率和第i個包層模的有效折射率，λ為入 射光波長，d為光纖束腰(2)和光纖束腰(4)之間的距離，表示纖芯有效折射率和第i個 包層模的有效折射率的差值。（1)式中兩個相鄰干涉極小的波長間隔為：
[0013]
(2)
[0014] 其中d是一定值，當外界的溫度變化時，會引起ΔΛ&的變化，則Δ λ也隨之改變，最 終的實驗結(jié)果表現(xiàn)為干涉峰所對應的波長發(fā)生漂移。由此，根據(jù)測出的波長漂移量，再和開 始定標的量對比，就可以測得當前溫度的值。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用了氧化石墨烯薄膜具有機械強度大和導熱系數(shù) 高的特性，鍍有氧化石墨烯薄膜光纖傳感器，既不會影響其對溫度的靈敏度，同時也可以極 大增強該傳感器的機械強度，延長傳感器的使用壽命。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器特征裝置示意圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明的光纖傳感器處于不同溫度下的干涉光譜變化實驗圖；
[0018]圖3是本發(fā)明的溫度靈敏度擬合曲線圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖及實施實例對本發(fā)明作進一步描述：
[0020] 參見附圖1，基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于：由寬帶光源 (1)、第一光纖束腰(2)、氧化石墨烯薄膜(3)、第二光纖束腰(4)和光譜分析儀(5)組成;氧化 石墨烯分散液經(jīng)過干燥處理，均勻鍍在第一光纖束腰(2)和第二光纖束腰(4)以及中間光纖 區(qū)域的表面上，形成氧化石墨稀薄膜(3);氧化石墨稀薄膜(3)的厚度為1~20nm;第一光纖 束腰(2)左端與寬帶光源（1)連接，第一光纖束腰(2)右端與第二光纖束腰(4)左端連接，第 二光纖束腰(4)右端與光譜分析儀(5)連接。
[0021] 光纖束腰(2)和(4)都是采用型號為:Fujikura FSM-100P的光纖熔接機制作，程序 設(shè)置利用的是光纖熔接機的特殊功能，通過控制馬達移動速度、電極棒放電強度和時間來 控制形成的光纖束腰(2)和(4)的直徑和長度。切割光纖端面，熔接光纖束腰(2)和(4)時采 用單模-單模的標準熔接程序。
[0022] 圖2為鍍有氧化石墨烯薄膜的光纖傳感器在不同溫度條件下時的干涉光譜變化實
【主權(quán)項】
1. 基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于：由寬帶光源（1)、第一光纖束 腰(2)、氧化石墨烯薄膜(3)、第二光纖束腰(4)和光譜分析儀(5)組成;氧化石墨烯分散液經(jīng) 過干燥處理，均勻鍍在第一光纖束腰(2)和第二光纖束腰(4)以及中間光纖區(qū)域的表面上， 形成氧化石墨烯薄膜(3);氧化石墨烯薄膜(3)的厚度為1~20nm;第一光纖束腰(2)左端與 寬帶光源（1)連接，第一光纖束腰(2)右端與第二光纖束腰(4)左端連接，第二光纖束腰(4) 右端與光譜分析儀(5)連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于:第 一光纖束腰(2)和第二光纖束腰(4)長度為120~150μπι，直徑為150~180μπι。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于:第 一光纖束腰(2)和第二光纖束腰(4)之間的距離為10~30_。
【文檔編號】G01K11/32GK105841838SQ201610160879
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】王友清, 沈常宇, 樓偉民, 申屠鋒營, 包立峰, 劉樺楠, 魏健
【申請人】中國計量學院