CN102735368A - 锥形光纤温度传感器及其传感探头制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锥形光纤温度传感器及其传感探头制作方法。本温度传感器包括一个锥形光纤温度传感探头，所述锥形光纤温度传感探头的输入端连接光源；所述锥形光纤温度传感探头的输出端通过光探测器连接信号处理单元；所述锥形光纤温度传感探头的锥区周围温度变化时，其锥区渐逝场随之发生相应的变化，从而改变锥形光纤温度传感探头输出的光功率；所述光探测器将锥形光纤温度传感探头输出的光信号转换成电信号后送入信号处理单元，由电压值换算获取温度信息。本发明结构简单，灵敏度高，其传感探头制造容易，成本低，适用于油库罐群温度监测、电力系统温度监测、矿井隧道火灾监测、温室粮仓温度监测、建筑物结构健康监测等多种工业、农业、科研场合。

Description

锥形光纤温度传感器及其传感探头制作方法

技术领域

本发明述及一种锥形光纤温度传感器及其传感探头制造方法，属于光纤传感领域。

背景技术

温度是科学技术中最基本、最重要的物理量之一，温度检测与控制，在国民经济各个部门和人们的日常生活中，起着十分重要的作用。光纤温度传感器以其具有抗电磁干扰、防燃、防爆、尺寸小、对被测温度场影响小等优点，在电力工业、机械工业、汽车工业、钢铁工业、化学工业等领域有着巨大的应用潜力。目前的光纤温度传感器种类很多，主要有光纤光栅温度传感器、光纤Fabry-Perot干涉式温度传感器、光纤荧光温度传感器、拉曼光纤温度传感器等。国外一些发达国家对这些光纤温度传感技术的研究取得了丰富的成果，许多光纤温度传感系统也已经实用化；国内一些研究机构也对光纤温度传感技术进行了大量的研究，并取得了明显的进步。尽管以上这些光纤温度传感器因其良好的传感性能取得了较广泛的应用，但是它们仍然存在不足之处，例如光纤光栅温度传感器波长解调装置复杂，光纤Fabry-Perot干涉式温度传感器制作工艺相对复杂，光纤荧光温度传感器对探测装置要求很高，拉曼光纤温度传感器检测电路成本昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锥形光纤温度传感器及其传感探头制作方法，该温度传感器具有结构简单，灵敏度高等特点，且其温度传感探头制造方便，成本低，可在油库罐群温度监测、电力系统温度监测、矿井隧道火灾监测、温室粮仓温度监测、建筑物结构健康监测等多种工业、农业、科研场合得到应用。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种锥形光纤温度传感器，包括一个锥形光纤温度传感探头，其特征在于所述锥形光纤温度传感探头的输入端连接光源；所述锥形光纤温度传感探头的输出端通过光探测器连接信号处理单元；所述锥形光纤温度传感探头的锥区周围温度变化时，其锥区渐逝场随之发生相应的变化，从而改变锥形光纤温度传感探头输出的光功率；所述光探测器将锥形光纤温度传感探头输出的光信号转换成电信号后送入信号处理单元，由电压值换算获取温度信息。

上述的锥形光纤温度传感器，其特征在于所述的锥形光纤温度传感探头的结构是：由一根光纤熔融拉制成锥形区段，其锥形以平滑弧形过渡，光纤熔融拉锥后，其纤芯和包层同时被拉锥；在锥形区段外层涂覆温度敏感材料，使外形呈圆柱状，温度敏感材料外面有保护套管。

上述的锥形光纤温度传感器，其特征在于所述的锥形光纤温度传感探头所用的锥形光纤的纤芯与包层直径比不变，锥区的拉伸长度越长，锥腰的直径就越小，灵敏度就越高，其拉伸长度为10～20mm。

一种锥形光纤温度传感探头的制作方法，用于操作上述的锥形光纤温度传感，其操作方法如下：

1）取一段光纤，剥去涂覆层得到一段裸纤，用酒精反复擦拭裸纤部分包层待用；

2）将裸纤缓慢熔融拉锥，拉锥速度为0.1mm/sec，锥区的拉伸长度越长，锥腰的直径就越小，灵敏度就越高，其拉伸长度为10～20mm；

3）将拉制好的锥形光纤用环氧胶封装在石英U型槽内；

4）将温度敏感材料涂覆于锥形光纤的锥区，并套上保护套管。

本发明的工作原理：

本发明基于光纤渐逝波理论，利用锥形光纤作为光纤渐逝波温度传感元件。一根光纤被熔融拉锥后，在锥区，纤芯直径变小，渐逝场增强。当包围传感探头锥区的温度变化时，涂覆层介质折射率随之而变，从而改变锥区渐逝场的能量，对传输中的光强信号起到调制的作用，这样检测光强的变化就能得到对应的温度参数。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1）本发明中采用涂覆温敏材料的锥形光纤作为温度传感探头，其周围的温度变化，改变其涂覆材料的折射率，使锥区渐逝场能量发生改变，从而通过锥型光纤温度传感探头的光功率改变。由于锥形光纤锥区渐逝场的能量对涂覆层折射率的变化非常敏感，所以该传感器有很高的测试灵敏度；

2）本发明结构简单，锥形光纤制造容易，成本低廉；

3）本发明对光源、探测器没有特殊要求；

4）本发明无需技术复杂、价格昂贵的波长解调设备。

附图说明

图1是本发明锥形光纤温度传感器的原理框图。

图2是锥形光纤温度传感探头的结构示意图。

图3是实验测得的温度和采样电压值对应关系曲线图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1和图2，本锥形光纤温度传感器，包括一个锥形光纤温度传感探头（2），其特征在于所述锥形光纤温度传感探头（2）的输入端连接光源（1）；所述锥形光纤温度传感探头（2）的输出端通过光探测器（3）连接信号处理单元（4）；所述锥形光纤温度传感探头（2）的锥区周围温度变化时，其锥区渐逝场随之发生相应的变化，从而改变锥形光纤温度传感探头（2）输出的光功率；所述光探测器（3）将锥形光纤温度传感探头（2）输出的光信号转换成电信号后送入信号处理单元（4），由电压值换算获取温度信息。上述的锥形光纤温度传感器，其特征在于所述的锥形光纤温度传感探头（2）的结构是：由一根光纤（5）熔融拉制成锥形区段，其锥形以平滑弧形过渡，光纤（5）熔融拉锥后，其纤芯（7）和包层（6）同时被拉锥；在锥形区段外层涂覆温度敏感材料（8），使外形呈圆柱状，温度敏感材料（8）外面有保护套管（9）。上述的锥形光纤温度传感器，其特征在于所述的锥形光纤温度传感探头（2）所用的锥形光纤的纤芯（7）与包层（6）直径比不变，锥区的拉伸长度越长，锥腰的直径就越小，灵敏度就越高，其拉伸长度为10～20mm。

实施例二：

本锥形光纤温度传感探头的制作方法，用于上述的锥形光纤温度传感头的制作，其操作方法如下：

1）取一段光纤，剥去涂覆层得到一段裸纤，用酒精反复擦拭裸纤部分包层待用；

2）将裸纤缓慢熔融拉锥，拉锥速度为0.1mm/sec，锥区的拉伸长度越长，锥腰的直径就越小，灵敏度就越高，其拉伸长度为10～20mm；

3）将拉制好的锥形光纤用环氧胶封装在石英U型槽内；

4）将温度敏感材料（8）涂覆于锥形光纤的锥区，并套上保护套管（9）。

图3中示出本高灵敏度锥形光纤温度传感器实测获得的温度对采样电压值对应的关系曲线。

Claims (4)

1.一种锥形光纤温度传感器，包括一个锥形光纤温度传感探头（2），其特征在于所述锥形光纤温度传感探头（2）的输入端连接光源（1）；所述锥形光纤温度传感探头（2）的输出端通过光探测器（3）连接信号处理单元（4）；所述锥形光纤温度传感探头（2）的锥区周围温度变化时，其锥区渐逝场随之发生相应的变化，从而改变锥形光纤温度传感探头（2）输出的光功率；所述光探测器（3）将锥形光纤温度传感探头（2）输出的光信号转换成电信号后送入信号处理单元（4），由电压值换算获取温度信息。

2.根据权利要求1所述的锥形光纤温度传感器，其特征在于所述的锥形光纤温度传感探头（2）的结构是：由一根光纤（5）熔融拉制成锥形区段，其锥形以平滑弧形过渡，光纤（5）熔融拉锥后，其纤芯（7）和包层（6）同时被拉锥；在锥形区段外层涂覆温度敏感材料（8），使外形呈圆柱状，温度敏感材料（8）外面有保护套管（9）。

3.根据权利要求2所述的锥形光纤温度传感器，其特征在于所述的锥形光纤温度传感探头（2）所用的锥形光纤的纤芯（7）与包层（6）直径比不变，锥区的拉伸长度越长，锥腰的直径就越小，灵敏度就越高，其拉伸长度为10～20mm。

4.一种锥形光纤温度传感探头的制作方法，用于操作根据权利要求1所述的锥形光纤温度传感，其操作方法如下：

1）取一段光纤，剥去涂覆层得到一段裸纤，用酒精反复擦拭裸纤部分包层待用；

2）将裸纤缓慢熔融拉锥，拉锥速度为0.1mm/sec，锥区的拉伸长度越长，锥腰的直径就越小，灵敏度就越高，其拉伸长度为10～20mm；

3）将拉制好的锥形光纤用环氧胶封装在石英U型槽内；

4）将温度敏感材料（8）涂覆于锥形光纤的锥区，并套上保护套管（9）。

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