CN103278183A - 一种单光纤式荧光光纤传感头及其光路结构 - Google Patents

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朱其祥
柳松
林燕金
陈晨
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Abstract

本发明涉及一种单光纤式荧光光纤传感头，其特征在于：包括单根光纤，所述单根光纤的前端具有用以与荧光材料接触的纤芯集光结构。本发明能降低荧光光纤传感器的光纤使用成本；提高的荧光光纤传感器的荧光强度。此外本发明还提供一种应用上述传感头的光路结构。

Description

一种单光纤式荧光光纤传感头及其光路结构
技术领域
本发明涉及一种单光纤式荧光光纤传感头及其光路结构。
背景技术
由于传感测量的应用领域极其广泛并且不断扩展，环境条件不断变化，精度要求日益提高，各种特殊的传感测量需求对于传感器提出了许多新的要求与挑战。随着光纤的发明和荧光特性的研究，人们发现荧光式光纤传感器具有的诸多优点，成为一项发展迅速的新兴传感测量技术。所有与荧光相关的光学现象或特性，本质上都可以用于传感测量。利用光纤的诸多优点可以广泛地满足各种传感测量需求，使得荧光光纤传感器在未来具有不可比拟的优势。
荧光光纤传感器的传感元件为荧光材料，置于传感头顶端，与普通光纤相接，光纤再与激励光源、光电探测器等器件相连。荧光材料在受到激励光的照射后，其内部的电子吸收了光子能量，从基态低能级跃迁到激发态高能级，而当电子从高能级跃迁回到低能级时，将会辐射出荧光。荧光的各种参数受外界因素影响发生变化，而荧光参数与外界因素的关系为荧光材料的内在固有特性。通过测量荧光参数就可以根据荧光材料的内在固有特性得到外界因素。其中荧光参数包括：光强，寿命，波长，相位，偏振态，偏振方向等。外界因素包括：压力，应力，温度，振动，磁场，电场，声场、加速度、转动、位移、液位、流量、电流、电压、辐射等。
发明内容
本发明的目的是提供一种单光纤式荧光光纤传感头，该光纤传感头具有纤芯集光功能，使光纤纤芯与荧光材料以较大的面积紧密接触，使荧光材料充分地被激励光激发，发出的荧光尽可能地收集进光纤纤芯传回。
本发明采用以下方式实现：一种单光纤式荧光光纤传感头，其特征在于：包括单根光纤，所述单根光纤的前端具有用以与荧光材料接触的纤芯集光结构。
在本发明一实施例中，所述的纤芯集光结构为前端切削或腐蚀成斜面、前端打磨或腐蚀成尖锥、前端通过加热烧结成微球或前端磨成凸面。
本发明的另一目的是提供一种应用上述传感头的光路结构，能实现只使用单光纤同时传输激励光和荧光，激励光和荧光都在同一根光纤的纤芯内传播，不会因为需要射出或进入光纤而产生损耗。
本发明采用以下方式实现：一种应用上述的单光纤式荧光光纤传感头的光路结构，其特征在于：包括激励光源、光电接收器件、耦合器、第一光纤以及单光纤式荧光光纤传感头；所述的激励光源、光电接收器件经光纤与所述耦合器一端耦合；所述耦合器的另一端经第一光纤与所述单光纤式荧光光纤传感头的前端连接，所述前端设置有荧光材料。
本发明另采用一种上述的单光纤式荧光光纤传感头的光路结构，其特征在于：包括激励光源、光电接收器件、分光滤光片、第一光纤以及单光纤式荧光光纤传感头；所述的激励光源、光电接收器件的光路由所述分光滤光片分光后耦合与第一光纤相连，经所述第一光纤与所述单光纤式荧光光纤传感头的前端连接，所述前端设置有荧光材料。
上述的荧光材料为荧光粉，该荧光粉设置于所述前端的方式是：
将所述荧光粉混和透光性的胶，粘接于所述前端；
将荧光粉置入热缩套管中，热缩套管成一端封闭管状，传感头套入热缩管，加热后缩紧将光纤和荧光粉全部包裹；或
将荧光粉置于陶瓷管或玻璃管中，光纤插入陶瓷管或玻璃管的一端，荧光粉灌入另一端。
上述荧光材料为荧光晶体，该荧光晶体设置于所述前端的方式是：荧光晶体加工成与所述前端配合的形状，以胶粘接于该前端上。
上述的荧光材料为荧光溶液，该荧光溶液设置于所述前端的方式是：将荧光溶液涂抹于所述前端上，以软性材料包裹固定。
本发明的传感头及光路结构简单，可降低荧光光纤传感器的光纤使用成本；能有效提高的荧光光纤传感器的荧光强度。
附图说明
图1是本发明传感头实施例一的结构示意图。
图2是本发明传感头实施例二的结构示意图。
图3是本发明传感头实施例三的结构示意图。
图4是本发明传感头实施例四的结构示意图。
图5是本发明实施例五光路结构示意图。
图6是本发明实施例六光路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本实施例提供一种单光纤式荧光光纤传感头，其特征在于：包括单根光纤，所述单根光纤的前端具有用以与荧光材料接触的纤芯集光结构。
如图1所示，所述的纤芯集光结构为前端磨成凸面3，图中2为光纤，1为涂覆层和包层。
请参照图2，图2中所述的纤芯集光结构为前端切削或腐蚀成斜面4。
请参照图3，图3中所述的纤芯集光结构为前端打磨或腐蚀成尖锥5。
请参照图4，图4中所述的纤芯集光结构为前端通过加热烧结成微球6。
光纤可以采用石英光纤或是塑料光纤，直径从8μm至1000μm。荧光材料可以是荧光粉、荧光晶体或荧光溶液等。
 请参照图5，图5是本发明实施例五光路结构示意图，本实施例提供一种应用上述的单光纤式荧光光纤传感头的光路结构，其特征在于：包括激励光源7、光电接收器件8、耦合器9、第一光纤10以及单光纤式荧光光纤传感头11；所述的激励光源7、光电接收器件8的经光纤与所述耦合器9一端耦合；所述耦合器9的另一端经第一光纤10与所述单光纤式荧光光纤传感头11的前端连接，所述前端设置有荧光材料。
本实施例中，上述的荧光材料可以是荧光粉，该荧光粉设置于所述前端的方式是：
将所述荧光粉混和透光性的胶，粘接于所述前端；
将荧光粉置入热缩套管中，热缩套管成一端封闭管状，传感头套入热缩管，加热后缩紧将光纤和荧光粉全部包裹；或
将荧光粉置于陶瓷管或玻璃管中，光纤插入陶瓷管或玻璃管的一端，荧光粉灌入另一端。
上述荧光材料也可以是荧光晶体，该荧光晶体设置于所述前端的方式是：荧光晶体加工成与所述前端配合的形状，以胶粘接于该前端上。
上述的荧光材料还可以是荧光溶液，该荧光溶液设置于所述前端的方式是：将荧光溶液涂抹于所述前端上，以软性材料包裹固定。
请参照图6，图6是本发明实施例六光路结构示意图，本实施例提供一种上述的单光纤式荧光光纤传感头的光路结构，其特征在于：包括激励光源7、光电接收器件8、分光滤光片12、第一光纤10以及单光纤式荧光光纤传感头11；所述的激励光源7、光电接收管8的光路由所述分光滤光片12分光后与第一光纤相连，经所述第一光纤10与所述单光纤式荧光光纤传感头11的前端连接，所述前端设置有荧光材料。
本实施例中，上述的荧光材料可以是荧光粉，该荧光粉设置于所述前端的方式是：
将所述荧光粉混和透光性的胶，粘接于所述前端；
将荧光粉置入热缩套管中，热缩套管成一端封闭管状，传感头套入热缩管，加热后缩紧将光纤和荧光粉全部包裹；或
将荧光粉置于陶瓷管或玻璃管中，光纤插入陶瓷管或玻璃管的一端，荧光粉灌入另一端。
上述荧光材料也可以是荧光晶体，该荧光晶体设置于所述前端的方式是：荧光晶体加工成与所述前端配合的形状，以胶粘接于该前端上。
上述的荧光材料还可以是荧光溶液，该荧光溶液设置于所述前端的方式是：将荧光溶液涂抹于所述前端上，以软性材料包裹固定。
 
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (10)

1.一种单光纤式荧光光纤传感头，其特征在于：包括单根光纤，所述单根光纤的前端具有用以与荧光材料接触的纤芯集光结构。
2.根据权利要求1所述的单光纤式荧光光纤传感头，其特征在于：所述的纤芯集光结构为前端切削或腐蚀成斜面、前端打磨或腐蚀成尖锥、前端通过加热烧结成微球或前端磨成凸面。
3.一种应用权利要求1所述的单光纤式荧光光纤传感头的光路结构，其特征在于：包括激励光源、光电接收器件、耦合器、第一光纤以及单光纤式荧光光纤传感头；所述的激励光源、光电接收器件经光纤与所述耦合器一端耦合；所述耦合器的另一端经第一光纤与所述单光纤式荧光光纤传感头的前端连接，所述前端设置有荧光材料。
4.根据权利要求3所述的光路结构，其特征在于：所述的荧光材料为荧光粉，该荧光粉设置于所述前端的方式是：
将所述荧光粉混和透光性的胶，粘接于所述前端；
将荧光粉置入热缩套管中，热缩套管成一端封闭管状，传感头套入热缩管，加热后缩紧将光纤和荧光粉全部包裹；或
将荧光粉置于陶瓷管或玻璃管中，光纤插入陶瓷管或玻璃管的一端，荧光粉灌入另一端。
5.根据权利要求3所述的光路结构，其特征在于：所述荧光材料为荧光晶体，该荧光晶体设置于所述前端的方式是：荧光晶体加工成与所述前端配合的形状，以胶粘接于该前端上。
6.根据权利要求3所述的光路结构，其特征在于：所述的荧光材料为荧光溶液，该荧光溶液设置于所述前端的方式是：将荧光溶液涂抹于所述前端上，以软性材料包裹固定。
7.一种应用权利要求1所述的单光纤式荧光光纤传感头的光路结构，其特征在于：包括激励光源、光电接收器件、分光滤光片、第一光纤以及单光纤式荧光光纤传感头；所述的激励光源、光电接收器件的光路由所述分光滤光片分光后与第一光纤相连，经所述第一光纤与所述单光纤式荧光光纤传感头的前端连接，所述前端设置有荧光材料。
8.根据权利要求7所述的光路结构，其特征在于：所述的荧光材料为荧光粉，该荧光粉设置于所述前端的方式是：
将所述荧光粉混和透光性的胶，粘接于所述前端；
将荧光粉置入热缩套管中，热缩套管成一端封闭管状，传感头套入热缩管，加热后缩紧将光纤和荧光粉全部包裹；或
将荧光粉置于陶瓷管或玻璃管中，光纤插入陶瓷管或玻璃管的一端，荧光粉灌入另一端。
9.根据权利要求7所述的光路结构，其特征在于：所述荧光材料为荧光晶体，该荧光晶体设置于所述前端的方式是：荧光晶体加工成与所述前端配合的形状，以胶粘接于该前端上。
10.根据权利要求7所述的光路结构，其特征在于：所述的荧光材料为荧光溶液，该荧光溶液设置于所述前端的方式是：将荧光溶液涂抹于所述前端上，以软性材料包裹固定。
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