CN106017726A - 基于蓝宝石光纤制作马赫-增德尔传感器的方法 - Google Patents

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林启敬
赵娜
蒋庄德
伍子荣
田边
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    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres

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Abstract

本发明提供了一种基于蓝宝石光纤制作马赫‑增德尔传感器的方法，采用马赫‑曾德儿(Mach‑Zehnder,M‑Z)传感器结构。主要制作过程是将端面平齐的蓝宝石利用陶瓷插芯进行准直，形成空气隙作为耦合点，再将两个耦合点串联构成M‑Z结构。本发明采用熔点在2072℃的蓝宝石光纤作为实验材料，采用熔点在2050℃的Al203陶瓷插芯作为准直器，用于构造空气隙耦合点。该传感器可以实现高温高化学腐蚀环境下的温度传感测量。

Description

基于蓝宝石光纤制作马赫-增德尔传感器的方法
技术领域
本发明属于光纤传感领域，涉及光纤传感器的制备，具体涉及到蓝宝石光纤M-Z传感器的制作方法。
背景技术
高温传感在航空航天等领域有着及其重要的地位与作用。随着高温传感的发展，现在研的传感器有热电偶、黑体腔、干涉型光纤传感器等很多种类型。研究表明薄膜热电偶在高温领域还存在一定的平镜，如耐氧化抗腐蚀方面；而黑体腔结构也存在着响应滞后，难以适应航空航天等领域对实时性的要求；而干涉型结构制作较为复杂，技术含量高，是目前研究的热点。
自20世纪70年代中期以来，美国高度重视光纤传感器的研发，在军事和民用领域都处于领先地位。英国政府也十分重视光纤传感器件的研发，成立了英国光纤传感器合作协会。日本重视并投入大量经费来开展光纤传感器的技术研发，制定了1979-1986年“光应用计划控制系统”的七年规划，投资高达70亿美金。我国光纤传感器件的研究工作始于70年代末，起步时间并不很滞后。光纤M-Z传感器是研究的热点之一，但目前的研究多集中于用普通光纤对1000℃以下的温度进行探测，对于航空发动机等超高温环境下的温度探测，还没有很好的探测方法。
蓝宝石光纤M-Z传感器，作为典型的光纤干涉结构，具有很好的实时响应特性，同时蓝宝石光纤熔点高达2072℃，可以耐受1300℃以上的高温，在高温环境下可以长时稳定的工作。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种基于蓝宝石光纤制作马赫-增德尔传感器的方法，采用马赫-曾德儿(Mach-Zehnder,M-Z)传感器结构，可以耐受超高温、抗电磁干扰、抗腐蚀、抗氧化。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：本发明采用以下步骤：
制备耦合点：采用光纤研磨机对三根蓝宝石光纤端面进行研磨，获得平整的端面，将三根光纤依次对接，基于纤芯失配原理构成光纤M-Z传感器结构；
腔体结构的固定：采用高纯度的Al2O3陶瓷插芯，并在陶瓷插芯的两端用高温水泥进行固定，常温放置24H后，高温水泥凝固得到结构固定的耦合点。
所述的高温水泥最高耐受温度小于等于1400摄氏度。
对蓝宝石光纤的端面进行研磨，依次按粗磨，中磨，细磨和抛光进行研磨，研磨前，用去离子水清洗研磨片和玻璃底片。
所述的三根蓝宝石光纤端面的直径分别为125um，100um,125um。
本发明的有益效果体现在：
本发明首先采用两根蓝宝石光纤，利用研磨机对光纤端面进行研磨。得到M-Z传感器的两个反射端面。将耐高温的陶瓷插芯作为准直器，实现两根蓝宝石光纤端面的准直。利用高温水泥将陶瓷插芯的两端固定。在常温下放置24H，得到结构稳定的光纤M-Z高温传感器。
附图说明
图1为基于光纤M-Z传感器结构并利用陶瓷插芯作为准直器的蓝宝石光纤传感器的结构图。其中1为高温水泥，2为蓝宝石光纤，3为陶瓷插芯。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。一种基于蓝宝石光纤制作马赫-增德尔传感器的方法，采用马赫-曾德儿(Mach-Zehnder,M-Z)传感器结构。其步骤如下：
制备耦合点：采用光纤研磨机对三根蓝宝石光纤端面进行研磨，获得平整的端面，将三根光纤依次对接，基于纤芯失配原理构成光纤M-Z传感器结构；
腔体结构的固定：采用高纯度的Al2O3陶瓷插芯，并在陶瓷插芯的两端用高温水泥进行固定，常温放置24H后，高温水泥凝固得到结构固定的耦合点。
所述的高温水泥最高耐受温度小于等于1400摄氏度。
对蓝宝石光纤的端面进行研磨，依次按粗磨，中磨，细磨和抛光进行研磨，研磨前，用去离子水清洗研磨片和玻璃底片。
所述的三根蓝宝石光纤端面的直径分别为125um，100um,125um。
实施例
一种蓝宝石光纤M-Z传感器的制作方法，具体步骤如下：
耦合点的构建：由于蓝宝石光纤材料的硬度大，无法用光纤切刀进行切割。因此，我们采用光纤研磨机用来加工光纤端面，进行粗磨，中磨，细磨，和抛光。研磨前，用去离子水清洗研磨片和玻璃底片。研磨过程中，用光纤适配器对光纤进行紧固，并用不同目数的研磨片实现光纤端面不同程度的研磨。最后将研磨好端面的光纤小心取下备用。采用耐高温的Al2O3陶瓷插芯作为光纤准直器，Al2O3材料可以耐受2050℃的高温。在陶瓷插芯的两端分别插入蓝宝石光纤，在两根光纤的端面会形成空气隙，进而得到我们需要的耦合点。
腔体结构的固定：我们采用耐高温水泥对腔体进行固定。高温水泥中水泥与水质量的配比为100:13。实验制作的传感器体积较小，只需在陶瓷插芯的两端点涂少量的水泥即可。最后将传感器至于常温24小时后，使得起固定作用的水泥完全风干，得到需要的高温蓝宝石光纤传感器。
以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式，但不作为对本发明保护范围的限制，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所指出的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于蓝宝石光纤制作马赫-增德尔传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备耦合点：采用光纤研磨机对三根蓝宝石光纤端面进行研磨，获得平整的端面，将三根光纤依次对接，基于纤芯失配原理构成光纤M-Z传感器结构；
腔体结构的固定：采用高纯度的Al2O3陶瓷插芯，并在陶瓷插芯的两端用高温水泥进行固定，常温放置24H后，高温水泥凝固得到结构固定的耦合点。
2.根据权利要求1所述的基于蓝宝石光纤制作马赫-增德尔传感器的方法，其特征在于：所述的高温水泥最高耐受温度小于等于1400摄氏度。
3.根据权利要求1所述的基于蓝宝石光纤制作马赫-增德尔传感器的方法，其特征在于：对蓝宝石光纤的端面进行研磨，依次按粗磨，中磨，细磨和抛光进行研磨，研磨前，用去离子水清洗研磨片和玻璃底片。
4.根据权利要求1所述的基于蓝宝石光纤制作马赫-增德尔传感器的方法，其特征在于：所述的三根蓝宝石光纤端面的直径分别为125um，100um,125um。
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