CN205691261U - 基于液体封装的光纤fp腔温度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于液体封装的光纤FP腔温度传感器。该传感器包括单模光纤以及折射率液，其特征在于：单模光纤内有一个球型腔，形成一个FP干涉仪，并且在球型腔侧方上有一个小孔，使其与外部连通；所述的干涉仪封装在折射率液中，使折射率液充满球型腔。当外界的温度发生改变时，由于折射率液的热膨胀系数较小，由此引发的改变可以忽略不计，故主要作用为热光效应，引起FP干涉仪腔内液体折射率的改变，进一步导致该干涉仪的反射谱发生漂移，该反射光谱波长漂移量的大小与温度的大存在相关关系，因而通过检测波长漂移量，可以实现温度的实时测量。

Description

基于液体封装的光纤FP腔温度传感器

技术领域

本实用新型属于传感器领域，具体涉及一种基于液体封装的光纤FP腔温度传感器。

背景技术

光纤测温是20世纪70年代发展起来的一门新兴测温技术，与传统的温度传感器相比具有很多优点光波不产生电磁干扰，也不怕电磁干扰，易被各种光探测器件接收，可方便地进行光电或电光转换，易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配，光纤工作频率宽，动态范围大，是一种低损耗传输线，光纤本身不带电，体积小质量轻，易弯曲，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。国外一些发达国家对光纤温度传感技术的应用研究已取得丰富成果，不少光纤温度传感器系统已实用化，成为替代传统温度传感器的商品。所有与温度相关的光学现象或特性，本质上都可以用于温度测量，基于此，用于温度测量的现有光学技术相当丰富。

在油藏工业中，对产油井温度的实时、动态式监测，是提高油气产量的重要措施之一。为了提高石油产量，需要对油井注入高温蒸汽，由于传统的电子式温度传感器有输出信号弱，在高温环境下易受电磁干扰，不能满足测量的需要。分布式光纤光栅温度传感器，采用的封装结构是：将光栅两端的尾纤部分分别弯曲后封装在半毛细金属管上，再将半毛细金属管套装在金属管内部，灵敏度高，金属管轴向可随意伸缩；但其易受电磁干扰，无法在恶劣环境下测量。而一种基于选择性渗透的光子晶体光纤温度传感器，这类传感器灵敏度高，然而制造工艺复杂。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本实用新型公开了一种基于液体封装的光纤FP腔温度传感器。该传感器具有结构简单、成本低、易于制造、操作可靠以及灵敏度高等优点。

本实用新型所采用的技术方案是：基于液体封装的光纤FP腔温度传感器，该传感器包括单模光纤以及折射率液，其特征在于：单模光纤内有一个球型腔，形成一个FP干涉仪，并且在球型腔侧方上有一个小孔，使其与外部连通；所述的干涉仪封装在折射率液中，使折射率液充满球型腔。进一步，所述的单模光纤均为通信用单模光纤，其包层直径为125微米；所述的球型腔的直径为50-70微米；所述的小孔直径为30-50微米；所述的折射率液的折射率为1.30-1.40，热光系数大于0.0003/℃。

本实用新型的有益效果是：

1)传感器由单模光纤组成，制备过程中只需使用飞秒激光器和普通商用光纤熔接机，具有成本低、制备简单的优点。

2)传感器尺寸小，全长不超过1毫米，因此所述传感器具有较好的机械强度，同时方便在狭小空间使用。

3)该传感器利用液体的热光效应，能够更准确地测量温度值。

附图说明

下面结合附图及具体方式对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。图中：

1.单模光纤，2.小孔，3.球型腔，4.折射率液

具体实施方式

如图1，制备传感器的步骤为：第一步，将单模光纤端面切平滑。第二步，用飞秒激光器在该平滑端面中心钻一个凹孔，其直径为0.5-1.5微米。第三步，将上述制造的光纤头与另一截单模光纤熔接，形成一个球型腔，其直径为50-70微米。第四步，使用飞秒激光器在球型腔侧方上打开一个小孔，使其与外部连通，并且该小孔的直径为30-50微米。第五步，将上述干涉仪封装在折射率液中，使折射率液充满球型腔。

本实用新型的具体工作原理是：光束在球型腔的两个端面分别发生反射，因其经历的光程差异，故产生相位差，发生干涉，干涉光强可以表示为：

其中两端面的反射光强分别为I₁与I₂，λ为入射光波长，为初始相位。

两个端面反射光的相位差满足如下条件：

其中m为整数，λ_m为m次干涉后的波长。

由上式可得出该光纤FP干涉仪的温度灵敏度：

$\frac{{\mathrm{d\λ}}_m}{dT}=\frac{4}{2m+1}(\frac{dn}{dT}L+\frac{dL}{dT}n)$

其中dn/dT为折射率液的热光系数，dL/dT为折射率液的热膨胀系数。

当外界的温度发生改变时，由于折射率液的热膨胀系数较小，由此引发的改变可以忽略不计，故主要作用为热光效应，引起FP干涉仪腔内液体折射率的改变，进一步导致该干涉仪的反射谱发生漂移，该反射光谱波长漂移量的大小与温度的大存在相关关系，因而通过检测波长漂移量，可以实现温度的实时测量。

Claims (5)

1.基于液体封装的光纤FP腔温度传感器，包括单模光纤(1)以及折射率液(4)，其特征在于：单模光纤内有一个球型腔(3)，形成一个FP干涉仪，并且在球型腔(3)侧方上有一个小孔(2)，使其与外部连通；所述的干涉仪封装在折射率液(4)中，使折射率液(4)充满球型腔(3)。

2.根据权利要求1所述的基于液体封装的光纤FP腔温度传感器，其特征在于：所述的单模光纤(1)均为通信用单模光纤，其包层直径为125微米。

3.根据权利要求1所述的基于液体封装的光纤FP腔温度传感器，其特征在于：所述的小孔(2)直径为30-50微米。

4.根据权利要求1所述的基于液体封装的光纤FP腔温度传感器，其特征在于：所述的球型腔(3)的直径为50-70微米。

5.根据权利要求1所述的基于液体封装的光纤FP腔温度传感器，其特征在于：所述的折射率液(4)的折射率为1.30-1.40，其热光系数大于0.0003/℃。