CN109668652A - 一种玻璃管填充的光纤温度测量装置 - Google Patents
一种玻璃管填充的光纤温度测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109668652A CN109668652A CN201910151820.3A CN201910151820A CN109668652A CN 109668652 A CN109668652 A CN 109668652A CN 201910151820 A CN201910151820 A CN 201910151820A CN 109668652 A CN109668652 A CN 109668652A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- glass tube
- hollow glass
- temperature
- interstitital texture
- optical fibre
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 106
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 18
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000011540 sensing material Substances 0.000 claims description 3
- 238000001845 vibrational spectrum Methods 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
本发明公开了一种玻璃管填充的光纤温度测量装置，包括沿信号输入到信号输出方向，通过单模光纤依次连接的超连续谱光源、空心玻璃管填充结构和光谱分析仪，该装置还包括温度测量模块，温度测量模块包括柱式炉和温度控制器；其中：超连续谱光源用于产生宽谱光；空心玻璃管填充结构置于柱式炉内，空气玻璃管填充结构包括填充部分和未填充部分，填充部分内部填充有酒精溶液；温度控制器用于控制柱式炉内的环境温度。本发明利用空心玻璃管内部分填充酒精溶液形成反谐振波导，利用光谱仪监测到外界温度变化引起的谐振波长谷值处输出功率的线性变化，从而实现了对外界温度的有效测量。
Description
技术领域
本发明涉及光纤温度测量技术领域，尤其涉及一种玻璃管填充的光纤温度测量装置。
背景技术
准确的温度测量在光纤通信和光纤传感系统中是十分重要的。目前，体积小、成本低的温度传感是光纤传感领域的一个重要研究方向，它在现代工业应用的许多层面都有涉及。由于光纤的一些优良特性：尺寸小、成本低、抗电磁干扰、耐高温高压等，基于光纤形式的温度传感器目前已成为温度传感领域的一个主流热点；近期报道了一种基于空心玻璃管结构反谐振效应的光纤温度传感器受到关注，但其探测灵敏度较低。利用该强度型温度传感器制作的温度测量装置包括空心玻璃管、单模光纤、偏振控制器，其中空心玻璃管内并未填充液体，因此导致强度型温度传感器对外界环境温度的感知不够灵敏，即对温度测量的灵敏度较低，尤其在外界温度变化幅度较小时，该强度型温度传感器无法检测到温度变化。为了解决这一问题，我们提出一种基于空心玻璃管填充部分酒精液体形成的反谐振波导结构，以期实现一种新颖的光纤温度传感器。该传感探测系统具有尺寸小、成本低、结构简单、容易解调等优点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种玻璃管填充的光纤温度测量装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种玻璃管填充的光纤温度测量装置，包括沿信号输入到信号输出方向，通过单模光纤依次连接的超连续谱光源、空心玻璃管填充结构和光谱分析仪，该装置还包括温度测量模块，温度测量模块包括柱式炉和温度控制器；其中：
超连续谱光源用于产生宽谱光；
空心玻璃管填充结构置于柱式炉内，空气玻璃管填充结构包括填充部分和未填充部分，填充部分内部填充有酒精溶液；
温度测量模块中，通过温度控制器控制柱式炉的温度，实现对空心玻璃管填充结构环境温度的控制；
光谱分析仪用于分析通过空心玻璃管填充结构后的宽谱光，通过检测输出反谐振光谱的波长和功率变化，利用温度升高时会导致玻璃管内酒精溶液的液面上升,从而对反谐振效应起到抑制作用，反谐振输出光谱的泄露谷值处的功率会随之上升，根据该处输出功率与温度之间的线性变化关系即可实现对外界温度的测量。
进一步地，本发明的空心玻璃管填充结构包括一个空心玻璃管，空心玻璃管两端分别熔接普通单模光纤；空心玻璃管内部部分填充酒精溶液形成填充部分；空心玻璃管填充结构置于待检测的温度测量模块内。
进一步地，本发明的空心玻璃管内径和外径分别选用75μm和125μm。
进一步地，本发明的空心玻璃管的长度选用1.5～2.5cm，其中填充部分的长度选用4mm～6mm。
进一步地，本发明的酒精溶液用作温敏材料，其浓度为99.9％，热膨胀系数1.1×10-3。
进一步地，本发明的光谱分析仪波长范围控制在1040-1340nm。
本发明提供一种玻璃管填充的光纤温度测量装置的空心玻璃管填充结构的制备方法，包括以下步骤：
S1、取一个空心玻璃管，将空心玻璃管的一端用光纤切割刀切平，保证端面平整；
S2、将切过的一端插入酒精溶液中，由于“毛细作用”液面会上升，当观察到上升达到5mm时取出；
S3、将填充了部分酒精的空心玻璃管一端与普通单模光纤熔接，熔接前经过多次放电将酒精残留去除，放电功率小于普通单模光纤之间的熔接设置；然后将空心玻璃管的另一端切平，保留空心玻璃管长度为2cm；
S4、将空心玻璃管切平后的一端与普通单模光纤熔接，形成所述的空心玻璃管填充结构。
本发明产生的有益效果是：本发明的玻璃管填充的光纤温度测量装置，利用结构小巧的空心玻璃管填充部分酒精溶液形成反谐振波导，实现对外界温度的有效测量，同时具有尺寸小、成本低、结构简单、容易解调等优点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为玻璃管填充的光纤温度测量装置的结构示意图；
图2为空心玻璃管填充结构的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例的玻璃管填充的光纤温度测量装置，包括沿信号输入到信号输出方向，通过单模光纤7依次连接的超连续谱光源1、空心玻璃管填充结构2和光谱分析仪4，该装置还包括温度测量模块，温度测量模块包括柱式炉和温度控制器3；其中：
超连续谱光源1用于产生宽谱光；
空心玻璃管填充结构2置于柱式炉内，空气玻璃管填充结构2包括填充部分6和未填充部分5，填充部分6内部填充有酒精溶液；
温度测量模块中，通过温度控制器3控制柱式炉的温度，实现对空心玻璃管填充结构2环境温度的控制；
光谱分析仪4用于分析通过空心玻璃管填充结构2后的宽谱光，通过检测输出反谐振光谱的波长和功率变化，得到环境的温度变化值。
如图2所示，空心玻璃管填充结构2包括一个空心玻璃管，空心玻璃管两端分别熔接普通单模光纤7；空心玻璃管内部部分填充酒精溶液形成填充部分6；空心玻璃管填充结构2置于待检测的温度测量模块内。
空心玻璃管内径和外径分别选用75μm和125μm。空心玻璃管的长度选用1.5～2.5cm，其中填充部分6的长度选用4mm～6mm。酒精溶液用作温敏材料，其浓度为99.9％，热膨胀系数1.1×10-3。光谱分析仪4波长范围控制在1040-1340nm。
本发明实施例的玻璃管填充的光纤温度测量装置的空心玻璃管填充结构的制备方法，包括以下步骤：
S1、取一个空心玻璃管，将空心玻璃管的一端用光纤切割刀切平，保证端面平整；
S2、将切过的一端插入酒精溶液中，由于“毛细作用”液面会上升，当观察到上升达到5mm时取出；
S3、将填充了部分酒精的空心玻璃管一端与普通单模光纤熔接，熔接前经过多次放电将酒精残留去除，放电功率小于普通单模光纤之间的熔接设置；然后将空心玻璃管的另一端切平，保留空心玻璃管长度为2cm；
S4、将空心玻璃管切平后的一端与普通单模光纤熔接，形成所述的空心玻璃管填充结构。
本发明的较佳实施例中，参见图1，玻璃管填充的光纤温度测量装置至少包括：超连续谱光源1通过空心玻璃管填充结构及温度探测模块2连接至光谱分析仪4构成光路；超连续谱光源1用来产生宽谱光，空心玻璃管填充结构置于柱式炉内共同构成空心玻璃管填充结构及温度探测模块2；温度控制器3用于控制空心玻璃管填充结构及温度探测模块2的环境温度；光谱分析仪4用于检测输出光谱的波长和功率的变化情况。
参见图2，空心玻璃管填充结构包括：空心玻璃管填充部分6和空心玻璃管未填充部分一同被熔接到普通单模光纤7之间形成完整光纤波导结构。空心玻璃管内/外径为75/125μm，总长为2cm左右；填充的酒精溶液浓度为99.9％，填充长度为5mm左右。
在本实施例中，通过在单模光纤之间嵌入空心玻璃管，并在空心玻璃管中填充部分酒精溶液形成了反谐振波导结构。在谐振波长处，会形成模式溢出，这导致光谱中出现下降谷值点，由于填充的酒精溶液在温度变化的情况下长度会发生改变，从而导致光谱发生变化，此外，比较玻璃管结构填充前后的光谱，除了功率损耗之外，其谐振波长处的损耗dip位置基本没有发生变化。
因为根据反谐振反射波导公式：
公式中，D表示玻璃管厚度，n代表玻璃管折射率，m表示级数，λdip表示谐振波长。
可知谐振波长只与玻璃管壁厚和玻璃管折射率有关。温度升高时，液体膨胀会使得液位上升会对反谐振泄露效果起到抑制作用，从而导致损耗的下降点变浅，即功率上升，因此可以用来测量外界温度的变化。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种玻璃管填充的光纤温度测量装置，其特征在于，包括沿信号输入到信号输出方向，通过单模光纤(7)依次连接的超连续谱光源(1)、空心玻璃管填充结构(2)和光谱分析仪(4)，该装置还包括温度测量模块，温度测量模块包括柱式炉和温度控制器(3)；其中：
超连续谱光源(1)用于产生宽谱光；
空心玻璃管填充结构(2)置于柱式炉内，空气玻璃管填充结构(2)包括填充部分(6)和未填充部分(5)，填充部分(6)内部填充有酒精溶液；
温度测量模块中，通过温度控制器(3)控制柱式炉的温度，实现对空心玻璃管填充结构(2)环境温度的控制；
光谱分析仪(4)用于分析通过空心玻璃管填充结构(2)后的宽谱光，通过检测输出反谐振光谱的波长和功率变化，利用温度升高时会导致玻璃管内酒精溶液的液面上升,从而对反谐振效应起到抑制作用，反谐振输出光谱的泄露谷值处的功率会随之上升，根据该处输出功率与温度之间的线性变化关系即可实现对外界温度的测量。
2.根据权利要求1所述的玻璃管填充的光纤温度测量装置，其特征在于，空心玻璃管填充结构(2)包括一个空心玻璃管，空心玻璃管两端分别熔接普通单模光纤(7)；空心玻璃管内部部分填充酒精溶液形成填充部分(6)；空心玻璃管填充结构(2)置于待检测的温度测量模块内。
3.根据权利要求2所述的玻璃管填充的光纤温度测量装置，其特征在于，空心玻璃管内径和外径分别选用75μm和125μm。
4.根据权利要求2所述的玻璃管填充的光纤温度测量装置，其特征在于，空心玻璃管的长度选用1.5～2.5cm，其中填充部分(6)的长度选用4mm～6mm。
5.根据权利要求1所述的玻璃管填充的光纤温度测量装置，其特征在于，酒精溶液用作温敏材料，其浓度为99.9％，热膨胀系数1.1×10-3。
6.根据权利要求1所述的玻璃管填充的光纤温度测量装置，其特征在于，光谱分析仪(4)波长范围控制在1040-1340nm。
7.一种权利要求1所述的玻璃管填充的光纤温度测量装置的空心玻璃管填充结构的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
S1、取一个空心玻璃管，将空心玻璃管的一端用光纤切割刀切平，保证端面平整；
S2、将切过的一端插入酒精溶液中，由于“毛细作用”液面会上升，当观察到上升达到5mm时取出；
S3、将填充了部分酒精的空心玻璃管一端与普通单模光纤熔接，熔接前经过多次放电将酒精残留去除，放电功率小于普通单模光纤之间的熔接设置；然后将空心玻璃管的另一端切平，保留空心玻璃管长度为2cm；
S4、将空心玻璃管切平后的一端与普通单模光纤熔接，形成所述的空心玻璃管填充结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910151820.3A CN109668652B (zh) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | 一种玻璃管填充的光纤温度测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910151820.3A CN109668652B (zh) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | 一种玻璃管填充的光纤温度测量装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109668652A true CN109668652A (zh) | 2019-04-23 |
| CN109668652B CN109668652B (zh) | 2020-10-23 |
Family
ID=66151574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910151820.3A Expired - Fee Related CN109668652B (zh) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | 一种玻璃管填充的光纤温度测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109668652B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112284565A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-01-29 | 华南师范大学 | 一种反共振光纤温度探测器 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56115930A (en) * | 1980-02-18 | 1981-09-11 | Mitsubishi Electric Corp | Temperature-detecting device |
| CN104697663A (zh) * | 2013-12-04 | 2015-06-10 | 深圳先进技术研究院 | 基于硅基g-t腔的光纤温度传感系统 |
| CN106802191A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-06-06 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种嵌入式低温光纤温度传感器及其制备方法 |
| CN106959172A (zh) * | 2017-03-23 | 2017-07-18 | 重庆大学 | 高灵敏度紧凑m‑z干涉温度传感器及其制作方法 |
| CN107014520A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-08-04 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种毛细管式光纤光栅高温温度传感器及其制作方法 |
| CN208091588U (zh) * | 2018-04-23 | 2018-11-13 | 湖北师范大学 | 基于毛细玻璃管封装的微纳长周期光纤光栅温度传感器 |
-
2019
- 2019-02-28 CN CN201910151820.3A patent/CN109668652B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56115930A (en) * | 1980-02-18 | 1981-09-11 | Mitsubishi Electric Corp | Temperature-detecting device |
| CN104697663A (zh) * | 2013-12-04 | 2015-06-10 | 深圳先进技术研究院 | 基于硅基g-t腔的光纤温度传感系统 |
| CN106802191A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-06-06 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种嵌入式低温光纤温度传感器及其制备方法 |
| CN106959172A (zh) * | 2017-03-23 | 2017-07-18 | 重庆大学 | 高灵敏度紧凑m‑z干涉温度传感器及其制作方法 |
| CN107014520A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-08-04 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种毛细管式光纤光栅高温温度传感器及其制作方法 |
| CN208091588U (zh) * | 2018-04-23 | 2018-11-13 | 湖北师范大学 | 基于毛细玻璃管封装的微纳长周期光纤光栅温度传感器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 韦会峰: "高功率激光应用的微结构光纤技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库（信息技术辑）》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112284565A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-01-29 | 华南师范大学 | 一种反共振光纤温度探测器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109668652B (zh) | 2020-10-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101278177B (zh) | 传感器及使用该传感器的干扰测定方法 | |
| CN102829893B (zh) | 一种通过腐蚀得到不同直径光纤光栅来同时测量温度和应力的方法 | |
| CN208818643U (zh) | 一种基于回音壁薄壁柱对称微腔盐度传感器 | |
| CN106802190B (zh) | 一种高灵敏无温度交叉干扰的光纤扭转传感器 | |
| CN107121083A (zh) | 一种不对称粗锥结构少模光纤应变传感器 | |
| Lin et al. | Optofluidic gutter oil discrimination based on a hybrid-waveguide coupler in fibre | |
| CN106404216A (zh) | 折射率不敏感的级联型单模‑少模‑单模光纤温度传感器 | |
| CN206161192U (zh) | 一种基于毛细玻璃管封装的干涉型光纤温度传感器 | |
| CN100545665C (zh) | 半导体激光器温度特性参数即升即测测试装置及方法 | |
| CN103940456B (zh) | 一种干涉型反射探针式光纤微传感器及其制作方法 | |
| CN109781300A (zh) | 一种基于光纤的同时测量温度和曲率的装置和方法 | |
| CN103900994A (zh) | 基于迈克尔逊干涉仪的全光纤折射率计、制作方法及系统 | |
| CN102944328B (zh) | 折射率不敏感的温度传感器的制备方法及测量装置 | |
| CN107121726A (zh) | 光纤双参量传感器及其制备方法 | |
| CN103674893B (zh) | 一种用于研究磁流体折射率与温度和磁场关系的实验装置 | |
| CN109632133A (zh) | 一种基于光纤的温度测量装置及方法 | |
| CN114137273B (zh) | Fbg级联光纤复合结构的消除温度敏感电流传感装置 | |
| CN209280089U (zh) | 一种光纤水位监测装置及分布式系统 | |
| CN109668652A (zh) | 一种玻璃管填充的光纤温度测量装置 | |
| CN102175645A (zh) | 一种基于偏振光检测的高灵敏光子晶体光纤折射率传感器 | |
| CN206161191U (zh) | 基于无芯光纤布拉格光栅高温传感装置 | |
| US4678327A (en) | Method for inspecting an optical fiber | |
| CN112964386A (zh) | 一种光纤fp谐振腔温度传感器及制作方法 | |
| CN114137446B (zh) | Fbg级联光纤复合结构的消除温度敏感磁场传感装置 | |
| RU2557577C1 (ru) | Устройство для измерения величины износа и температуры изделия при трении |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20201023 |