CN103630248A - 用于蓝宝石高温光纤传感器的黑体辐射腔 - Google Patents

用于蓝宝石高温光纤传感器的黑体辐射腔 Download PDF

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Abstract

本发明属于光学检测技术，涉及一种用于蓝宝石高温光纤传感器的黑体辐射腔。本发明在蓝宝石光纤外表面和一个端面形成一层均匀的膜层，膜层完全将蓝宝石光纤的一个端面包围，在蓝宝石光纤外形成一个圆柱形黑体辐射腔，黑体辐射腔膜层材料为氧化锆和三氧化二钇的混合物，氧化锆和三氧化二钇质量比为20:1～5:1，膜层厚度为0.5～5μm。本发明所提出的黑体辐射腔材质为氧化锆和三氧化二钇的混合物。本发明提出的黑体辐射腔可有效防止其膜层在1700℃～1850℃高温条件下开裂和脱落的现象发生，极大地提高了蓝宝石高温光纤传感器的温度测量范围。

Description

用于蓝宝石高温光纤传感器的黑体辐射腔
技术领域
本发明属于光学检测技术，涉及一种用于蓝宝石高温光纤传感器的黑体辐射腔。
背景技术
黑体辐射腔是蓝宝石高温光纤传感器中的热敏感元件，它将被测环境的热信号转换成光信号，通过分析光信号的大小即可获得被测环境的温度。由于黑体辐射腔要直接接触被测高温环境，所以对黑体腔膜层在蓝宝石光纤上的牢固性要求很高。现有的蓝宝石高温光纤传感器黑体辐射腔膜层材料采用氧化锆材料，由于氧化锆热膨胀系数与蓝宝石光纤的热膨胀系数不完全匹配，在实际应用中，被测环境温度越高，氧化锆膜层越容易脱落，严重影响了蓝宝石高温光纤传感器的测温性能。除此之外，现有的蓝宝石高温光纤传感器黑体辐射腔采用高温烧结法制作而成，这种方法由于工艺条件的限制，使得黑体辐射腔膜层厚度高达100μm左右，大大降低了黑体辐射腔膜层在蓝宝石光纤上的牢固性。
综上所述，现有的蓝宝石高温光纤传感器黑体辐射腔存在两个不足之处：1）膜层材料热膨胀系数与蓝宝石光纤的热膨胀系数不完全匹配；2）膜层太厚。上述二者因素使得现有的蓝宝石高温光纤传感器黑体辐射腔的膜层在1700℃以上高温条件下容易开裂，甚至严重脱落，导致蓝宝石高温光纤传感器性能不稳定，难以在1700℃以上的高温环境下正常工作。
发明内容
本发明的目的是提出一种能够在1700℃～1850℃高温环境下工作的蓝宝石高温光纤传感器的黑体辐射腔。
本发明的技术解决方案是：在蓝宝石光纤外表面和一个端面形成一层均匀的膜层，膜层完全将蓝宝石光纤的一个端面包围，在蓝宝石光纤外形成一个圆柱形黑体辐射腔，黑体辐射腔膜层材料为氧化锆和三氧化二钇的混合物，氧化锆和三氧化二钇质量比为20:1～5:1，膜层厚度为0.5～5μm。
所述的黑体辐射腔膜层长度为8～15mm，。
所述的黑体辐射腔膜层厚度为0.7～1.3μm。
所述的黑体辐射腔膜层采用磁控溅射法制作而成。
本发明的优点和有益效果：本发明提出的黑体辐射腔1的镀膜材料采用氧化锆和三氧化二钇的混合物。由于采用的镀膜材料的热膨胀系数与蓝宝石光纤2的热膨胀系数匹配，因此在高温环境下本发明所提出的黑体辐射腔1不易脱落。除此之外，采用了磁控溅射法进行黑体辐射腔的制作，降低了黑体辐射腔1的膜层厚度，其膜层厚度为0.7-1.3μm，有效地增强了膜层在蓝宝石光纤2上的牢固性。本发明提出的用于蓝宝石高温光纤传感器的黑体辐射腔1，可有效防止蓝宝石高温光纤传感器黑体辐射腔膜层在1700℃～1850℃高温条件下开裂和脱落的现象发生，极大地提高了蓝宝石高温光纤传感器的温度测量范围。
附图说明
图1是本发明提出的黑体辐射腔的结构示意图。
具体实施方式
结合附图，具体说明本发明的具体实施方式。
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1，本发明的黑体辐射腔1是一个圆柱形腔体，其特征在于：
1.在蓝宝石光纤2外表面和一个端面形成一层均匀的膜层，膜层完全将蓝宝石光纤2的一个端面包围，在蓝宝石光纤2外形成一个圆柱形黑体辐射腔1，黑体辐射腔1膜层材料为氧化锆和三氧化二钇的混合物，氧化锆和三氧化二钇质量比为20:1～5:1，膜层厚度4为0.5～5μm。
2.所述的黑体辐射腔1膜层长度3为8～15mm，。
3.所述的黑体辐射腔1膜层采用磁控溅射法制作而成。
4.所述的蓝宝石光纤2直径5为200～800μm。
5.所述的蓝宝石光纤2长度6为100～1000mm。
实施例
例如，要实现膜层厚度4为1.3μm，膜层长度3为15mm的黑体辐射腔1，镀膜设备采用型号为JS3S-80G手动溅射台，镀膜材料采用氧化锆和三氧化二钇的混合物，氧化锆和三氧化二钇质量比为20:1～5:1，所采用的蓝宝石光纤2的直径5为800μm，长度6为500mm。将蓝宝石光纤2装入型号为JS3S-80G手动溅射台，先抽真空，然后设置溅射速度为5nm/min，手动溅射台自动实现黑体辐射腔1的制作。

Claims (3)

1.一种用于高温检测的蓝宝石高温光纤传感器黑体辐射腔，其特征在于，在蓝宝石光纤外表面和一个端面形成一层均匀的膜层，膜层完全将蓝宝石光纤的一个端面包围，在蓝宝石光纤外形成一个圆柱形黑体辐射腔，黑体辐射腔膜层材料为氧化锆和三氧化二钇的混合物，氧化锆和三氧化二钇质量比为20:1～5:1，膜层厚度为0.5～5μm。
2.根据权利要求1所述的用于高温检测的蓝宝石高温光纤传感器黑体辐射腔，其特征是：所述的黑体辐射腔膜层长度为8～15mm。
3.根据权利要求1所述的可用于高温检测的蓝宝石高温光纤传感器黑体辐射腔，其特征是：所述的黑体辐射腔膜层采用磁控溅射法制作而成。
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