CN101825500A - 荧光光纤温度传感器光纤探头及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种荧光光纤温度传感器光纤探头及制备方法，该光纤探头具有结构简单、体积小、重量轻、测量精度高、测量范围大，重复性好，使用寿命长，抗化学腐蚀、抗电磁干扰等优点。该荧光光纤温度传感器光纤探头，包括传光光纤，传光光纤一段通过环氧树脂固定设置于连接头内，另一段设置于保护套管内；设置于保护套管内的光纤端面上设置有反射树脂层，反射树脂层上设置有荧光层；保护套管与连接头之间通过环氧树脂密封连接。

Description

荧光光纤温度传感器光纤探头及制备方法

技术领域

本发明涉及一种光纤探头及制备方法，具体涉及一种荧光光纤温度传感器光纤探头及制备方法，属于光纤传感技术领域。

背景技术

现有的光纤测温技术主要基于光反射、光吸收、光干涉、光散射、热辐射等原理实现。

其中，基于光反射原理实现的光纤光栅温度传感器和光干涉原理实现的光纤法泊温度传感器，都是基于波长变化解调出温度变化信息，光纤解调仪制造复杂，对所用分立器件性能要求高，制造成本高，而且其传感器本身受应力等其它因素的影响也很大，需要比较复杂的补偿技术才能得到能实用的温度信息。

基于光纤拉曼散射的测温技术，综合了OTDR等技术，技术难度更大，成本更高；基于热辐射技术，适用于高温测量，但其测量精度低，应用领域很窄，通常只能实现非接触测量；基于光吸收技术的光纤测温仪，测量误差太大，测量可重复性差，受光强变化影响大，难以实用。

上述几种类型的光纤温度传感器，其传输信号多用的光纤材料，通常采用通信上使用的单模光纤，工作温度只能在-50～85℃，无法承受高温，这就限制了其温度测量范围，光纤探头封装通常采用金属或陶瓷材料，封装尺寸大，无法实现狭小范围区域的温度测量，更无法伸入被物体或设备内部实现某一局部点的温度测量。

发明内容

本发明提出了一种荧光光纤温度传感器光纤探头及其制备方法，该光纤探头具有结构简单、体积小、重量轻、测量精度高、测量范围大，重复性好，使用寿命长，抗化学腐蚀、抗电磁干扰等优点。

本发明的具体解决方案如下：

该荧光光纤温度传感器光纤探头，包括传光光纤，传光光纤一段通过环氧树脂固定设置于连接头内，另一段设置于保护套管内；设置于保护套管内的光纤端面上设置有反射树脂层，反射树脂层上设置有荧光层；所述保护套管与连接头之间通过环氧树脂密封连接。

以上所述反射树脂层采用具有抗渗、导热、耐高温、耐久、透气、耐老化、透明度高，对光热的吸收率低，对可见光具有稳定性反射性能，反射率大于50％的树脂，其中以硅酮树脂为佳。

以上所述保护套管要求具有耐化学腐蚀，抗紫外辐射能力强，高绝缘强度等特点，具体可选用玻璃套管、热缩套管、硅树脂玻璃纤维套管、硅橡胶玻璃纤维套管、耐高温套管、PVC热缩套管、铁氟龙管、防火高温套管、硅胶管、PVC套管、丙烯酸树脂套管、聚四氟乙烯套管或PET伸缩编织网管等；其中以黑色玻璃管为佳。

以上所述传光光纤是单根石英包层型传输光纤、一束多组份玻璃光纤或单根塑料光纤。

以上所述荧光层是稀土三基色荧光粉层、硫氧化钆铽层或氟锗酸镁层。

以上所述环氧树脂要求具有纯度高、粘度低、色泽浅、无毒无味，有优良的粘合性，耐化学腐蚀性及良好的电气绝缘性能等特点。其中以采用353ND双组份胶，混合比A∶B为10∶1为佳。

以上所述连接头要求具有良好的光学性能，适用于高密度应用环境，可插拔次数大于1000次，具体可选用ST光纤连接头、SC光纤连接头、FC光纤连接头、LC光纤连接头、MU光纤连接头或SMA905光纤连接头等。

该荧光光纤温度传感器光纤探头的制备方法包括以下步骤：

1]将传光光纤一端插入连接头中并伸出，点胶固定；

2]固定后，把从连接头伸出的传光光纤全部截断，并对传光光纤被截断的端面进行研磨抛光处理；

3]在传光光纤未插入连接头的另一端面涂覆反射树脂，形成反射树脂层，在反射树脂层表面涂覆荧光粉，形成荧光层；

4]将未插入连接头内的传光光纤穿进保护套管中，套管穿至连接头处，与连接头之间涂覆环氧树脂固定，保护套管靠近荧光层一侧的端面与荧光层之间的垂直距离为5～10mm；超出部分截断；

5]对保护套管靠近荧光层一侧进行密封，形成荧光光纤温度传感器光纤探头。

本发明的优点在于：

本发明提出的荧光光纤温度传感器光纤探头，可采用一束多组份玻璃光纤进行信号传输，外加聚四氟乙烯等保护套管，可实现耐高温、易弯曲等特点；也可采用单根石英光纤，外加丙烯酸树脂涂层，可实现耐高温、细芯径、制造简单等特点；也可采用塑料光纤，可实现常温测量、细芯径、低成本、制造简单等特点。

本发明提出的荧光光纤温度传感器光纤探头，光纤一端涂覆硅酮树脂，可以有效增加激发光的反射，更有利于反射信号的提取与处理。采用封口机或者黑色玻璃管进行套管端头密封，可以有效保护荧光物质传感探头，防止外界干扰光的影响，增加传感探头的使用寿命和使用可靠性。

附图说明

图1是一种采用一束多组份玻璃光纤制造的传感器探头示意图；

图2是一种采用单根石英光纤制造的传感器探头示意图；

图3是一种采用单根塑料光纤制造的传感器探头示意图。

具体实施方式：

该荧光光纤温度传感器光纤探头，包括传光光纤，传光光纤是单根石英包层型传输光纤、一束多组份玻璃光纤或单根塑料光纤。

传光光纤一段通过环氧树脂固定设置于连接头内，另一段设置于保护套管内，连接头要求具有良好的光学性能，适用于高密度应用环境，可插拔次数大于1000次，具体可选用ST光纤连接头、SC光纤连接头、FC光纤连接头、LC光纤连接头、MU光纤连接头或SMA905光纤连接头等。

保护套管要求具有耐化学腐蚀，抗紫外辐射能力强，高绝缘强度等特点，具体可选用玻璃套管、热缩套管、硅树脂玻璃纤维套管、硅橡胶玻璃纤维套管、耐高温套管、PVC热缩套管、铁氟龙管、防火高温套管、硅胶管、PVC套管、丙烯酸树脂套管、聚四氟乙烯套管或PET伸缩编织网管等；其中以黑色玻璃管为佳。

设置于保护套管内的光纤端面上设置有反射树脂层，反射树脂层采用具有抗渗、导热、耐高温、耐久、透气、耐老化、透明度高，对光热的吸收率低，对可见光具有稳定性反射性能，反射率大于50％的树脂，其中以硅酮树脂为佳。

反射树脂层上设置有荧光层，荧光层是稀土三基色荧光粉层、硫氧化钆铽层或氟锗酸镁层。

保护套管与连接头之间通过环氧树脂密封连接。环氧树脂要求具有纯度高、粘度低、色泽浅、无毒无味，有优良的粘合性，耐化学腐蚀性及良好的电气绝缘性能等特点。实际生产中多采用353ND双组份胶，混合比A∶B为10∶1。

该荧光光纤温度传感器光纤探头的制备方法包括以下步骤：

1]将传光光纤一端插入连接头中并伸出，点胶固定；

2]固定后，把从连接头伸出的传光光纤全部截断，并对传光光纤被截断的端面进行研磨抛光处理；

3]在传光光纤未插入连接头的另一端面涂覆反射树脂，形成反射树脂层，在反射树脂层表面涂覆荧光粉，形成荧光层；

4]将未插入连接头内的传光光纤穿进保护套管中，套管穿至连接头处，与连接头之间涂覆环氧树脂固定，保护套管靠近荧光层一侧的端面与荧光层之间的垂直距离为5～10mm。超出部分截断；

5]对保护套管靠近荧光层一侧进行密封，形成荧光光纤温度传感器光纤探头。采用封口机或者黑色玻璃管进行套管端头密封，可以有效保护荧光物质传感探头，防止外界干扰光的影响，增加传感探头的使用寿命和使用可靠性。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步的描述。

实施例1：

本实施例采用一束多组份玻璃光纤束101，一束约包含10～1000根单根玻璃光纤，单根玻璃光纤芯径20～50μm，数值孔径0.3～0.8，长度0～100m，光纤束101外套聚四氟乙烯管103，光纤束101一端加连接头102，用胶固定，研磨抛光，光纤束101另一端涂覆粘接硅酮树脂104，在硅酮树脂104表面涂荧光粉105。荧光粉105一端套管略长5～10mm处截断套管。用封口机把涂荧光粉105一端套管密封住。本实施例的优点在于，采用一束多芯玻璃光纤，可以耐高温，耐弯曲，解调信号不受单根或几根光纤断裂的影响。

实施例2：

本实施例采用一根石英光纤201，石英光纤201芯径200～400μm，数值孔径0.1～0.3，长度0～100m，石英光纤201外涂覆丙烯酸树脂206，涂覆后外径0.6～0.8mm，一端加连接头202，用胶固定，研磨抛光，另一端剥掉涂覆层约5mm，对光纤端面进行研磨抛光处理，在光纤端面上粘接硅酮树脂204，在硅酮树脂204表面涂荧光粉205。在剥掉涂覆层的光纤周围点353ND胶或其它环氧树脂，插入内径0.6～1.0mm、外径0.8～1.5mm的黑色玻璃管203，黑色玻璃管203一端封口。在本实施例的优点在于，采用一根石英光纤，容易加工，可以耐高温，采用黑色玻璃管封装荧光探头，解调信号不受外界光干扰的影响。

实施例3：

本实施例采用一根塑料光纤301，塑料光纤301纤芯径0.25～1mm，数值孔径0.3～0.6，长度0～100m，光纤束外套聚四氟乙烯管303，光纤一端加连接头302，用胶固定，研磨抛光，光纤另一端粘接硅酮树脂304，在硅酮树脂304表面涂荧光粉305。荧光粉305一端套管略长5～10mm处截断套管。用封口机把涂荧光粉305一端套管密封住。本实施例的优点在于，采用一根塑料光纤，可以耐弯曲，使用方便，不易折断，且制造成本低。

Claims (10)

1.一种荧光光纤温度传感器光纤探头，包括传光光纤，其特征在于：所述传光光纤一段通过环氧树脂固定设置于连接头内，另一段设置于保护套管内；设置于保护套管内的光纤端面上设置有反射树脂层，反射树脂层上设置有荧光层；所述保护套管与连接头之间通过环氧树脂密封连接。

2.根据权利要求1所述的荧光光纤温度传感器光纤探头，其特征在于：所述反射树脂层是反射率大于50％的树脂涂层。

3.根据权利要求1或2所述的荧光光纤温度传感器光纤探头，其特征在于：所述保护套管是玻璃套管、热缩套管、硅树脂玻璃纤维套管、硅橡胶玻璃纤维套管、耐高温套管、PVC热缩套管、铁氟龙管、防火高温套管、硅胶管、PVC套管、丙烯酸树脂套管、聚四氟乙烯套管或PET伸缩编织网管。

4.根据权利要求3所述的荧光光纤温度传感器光纤探头，其特征在于：所述反射树脂是硅酮树脂。

5.根据权利要求4所述的荧光光纤温度传感器光纤探头，其特征在于：所述保护套管是黑色玻璃管。

6.根据权利要求5所述的荧光光纤温度传感器光纤探头，其特征在于：所述传光光纤是单根石英包层型传输光纤、一束多组份玻璃光纤或单根塑料光纤。

7.根据权利要求6所述的荧光光纤温度传感器光纤探头，其特征在于：所述荧光层是三基色荧光层或氟锗酸镁层。

8.根据权利要求7所述的荧光光纤温度传感器光纤探头，其特征在于：所述环氧树脂采用353ND双组份胶，混合比A∶B为10∶1。

9.根据权利要求8所述的荧光光纤温度传感器光纤探头，其特征在于：所述连接头是ST光纤连接头、SC光纤连接头、FC光纤连接头、LC光纤连接头、MU光纤连接头或SMA905光纤连接头。

10.一种权利要求1至9任一所述的荧光光纤温度传感器光纤探头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1]将传光光纤一端插入连接头中并伸出，点胶固定；

2]固定后，把从连接头伸出的传光光纤全部截断，并对传光光纤被截断的端面进行研磨抛光处理；

3]在传光光纤未插入连接头的另一端面涂覆反射树脂，形成反射树脂层，在反射树脂层表面涂覆荧光粉，形成荧光层；

4]将未插入连接头内的传光光纤穿进保护套管中，套管穿至连接头处，与连接头之间涂覆环氧树脂固定，保护套管靠近荧光层一侧的端面与荧光层之间的垂直距离为5～10mm，超出部分截断；

5]对保护套管靠近荧光层一侧进行密封，形成荧光光纤温度传感器光纤探头。

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