CN208333699U - 一种基于pdms封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PDMS封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器，包括光纤光栅，还包括有机聚合物PDMS胶体和两端设有对称孔的金属管；所述光纤光栅设于金属管内腔，所述光纤与金属管内腔之间设有间隙，所述光纤光栅两端分别与光纤一端相连接，所述光纤另一端均穿过金属管上设有的对称孔，所述金属管两端通过金属薄膜密封，所述光纤光栅表面涂覆有机聚合物PDMS胶体。本实用新型的有益之处在于：(1)材料易于获取，应用简便，可操作性强，成本低，适用范围广；(2)封装技术简单、成熟，可控性强；(3)以聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚合材料为涂覆层封装的光纤光栅传感器具有重量轻、强度高、抗电磁干扰等特点。

Description

一种基于PDMS封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器

技术领域

本实用新型涉及一种温度传感器，具体涉及一种基于PDMS封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器。

背景技术

光纤传感技术自从上世纪七十年代以来经过四十余年的发展，光纤传感器以其抗干扰强、耐腐蚀、测量范围宽、可小型化等优点得到广泛关注。各种基于光纤光栅原理的测控单元先后面世，一部分光纤光栅传感技术成果已从实验室推出,步入商用阶段。

光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)作为一种新型的光纤内无源器件，因其具有抗干扰性强、耐腐蚀、体积小、重量轻、寿命长、无连接损耗、可实现多点分布式测量等优良特性，在光传感领域具有广阔的应用前景。光纤光栅可用于温度传感，在现代工业生产中具有重要的应用价值，但裸光纤光栅对温度的敏感性较差因此需要设法提高光纤光栅的温度灵敏度。

因此，需要一种能够有效增加光纤光栅本身温敏性，满足许多温度测量的方法或者传感器。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于PDMS封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器，能够有效增强光纤光栅传感器对温度这一物理量的敏感程度，可广泛用于工程，土木，医疗等领域。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种基于PDMS封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器，包括光纤光栅，还包括有机聚合物PDMS胶体和两端设有对称孔的金属管；所述光纤光栅设于金属管内腔，所述光纤与金属管内腔之间设有间隙，所述光纤光栅两端分别与光纤一端相连接，所述光纤另一端均穿过金属管上设有的对称孔孔，所述金属管两端通过金属薄膜密封，所述光纤光栅表面涂覆有机聚合物PDMS胶体。

优选的，所述有机聚合物PDMS胶体涂覆于所述光纤光栅表面，并以所述光纤光栅为中心轴，填充满所述金属管腔体，所述金属管内腔通过有机聚合物PDMS胶体填充与所述光纤光栅固化为一体。

优选的，所述金属薄膜的材质为铝膜，所述金属薄膜形状与金属管端部形状相匹配，所述金属管薄膜设有通孔，所述通孔设有向外延伸的延伸板，所述金属薄膜分别套接于金属管两端。

优选的，所述金属薄膜通过胶黏或焊接固定于金属管。

优选的，所述光纤光栅段与光纤段纤芯为一整体纤芯，采用单模光纤。

优选的，所述金属管为不锈钢细管，不锈钢细管全长为50mm，截面半径R＝2mm。

本实用新型的有益之处在于：

(1)材料易于获取，应用简便，可操作性强，成本低，适用范围广；

(2)封装技术简单、成熟，可控性强；

(3)以聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚合材料为涂覆层封装的光纤光栅传感器具有重量轻、强度高、抗电磁干扰等特点。

附图说明

图1为本实用新型的一种基于PDMS封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器的结构示意图。

附图中标记的含义如下：1、光纤光栅段，2、有机聚合物PDMS，3、光纤，4、金属管，5、金属薄膜。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

一种基于PDMS封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器，包括光纤光栅段1，还包括有机聚合物PDMS2胶体和两端设有对称孔的金属管4；所述光纤光栅段1设于金属管4内腔，所述光纤3与金属管4内腔之间设有间隙，所述光纤光栅段1两端分别与光纤3一端相连接，所述光纤3另一端均穿过金属管4上设有的对称孔孔，所述金属管4两端通过金属薄膜5密封，所述光纤光栅段1表面涂覆有机聚合物PDMS2胶体。

在光纤光栅段1及金属管4间通过真空辅助灌注工艺注入PDMS胶体，然后通过共固化反应成型为一个整体，对于采用图1所示结构封装的温度传感器，在封装时给光纤光栅段1施加一定的预张力，就可以使传感器具备良好的重复性。在注入PDMS胶时要按照A胶(主剂：PDMS的主剂)和B胶(固化剂：PDMS的固化剂)10：1的浓度配比(PDMS胶：将主剂与固化剂以10:1的比例进行混合，常温下为无色或淡黄色液体，无味，透明度很高，具有良好的导热性，无毒无味且化学性质稳定)，以保证PDMS胶具有良好的流动性，固化后，使得胶体均匀，减少气泡形成的可能性。

所述金属薄膜5的材质是铝膜，所述金属薄膜5形状与金属管4端部形状相匹配，所述金属薄膜5设有通孔，所述通孔设有向外延伸的延伸板，光纤穿过金属薄膜两端的延伸管，所述金属薄膜5分别套接于金属管4两端，通过胶黏或焊接固定。

所述金属薄膜先开一个小孔供光纤穿过，然后套住并裹紧金属细管。

所述光纤光栅段1段与光纤3段纤芯为一整体纤芯，为保证传感器的传感特性良好，采用单模光纤3。

所述金属管为不锈钢细管，不锈钢细管全长为50mm，截面半径R＝2mm。

良好的重复性和线性度是对传感器的基本要求。为了检验光纤光栅段1在用金属管4和PDMS封装后其波长温度特性的重复性和线性度，需要进行温度实验。

利用金属管4外壳和PDMS聚合物对裸光纤3进行封装，根据实验数据，经过由PDMS胶作为涂覆层的FBG温度传感器的灵敏度为0.08nm/℃，与理论值接近。这表明：封装结构使光纤光栅段1的温度灵敏度有了很大的提高。与裸光纤光栅段1相比，增加了8倍。

本实用新型的有益之处在于：

(1)材料易于获取，应用简便，可操作性强，成本低，适用范围广；

(2)封装技术简单、成熟，可控性强；

(3)以聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚合材料为涂覆层封装的光纤光栅段1传感器具有重量轻、强度高、抗电磁干扰等特点。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于PDMS封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器，包括光纤光栅段(1)，其特征在于：还包括有机聚合物PDMS(2)胶体和两端设有对称孔的金属管(4)；所述光纤光栅段(1)设于金属管(4)内腔，所述光纤光栅段(1)与金属管(4)内腔之间设有间隙，所述光纤光栅段(1)两端分别与光纤(3)一端相连接，所述光纤(3)另一端均穿过金属管(4)上设有的对称孔，所述金属管(4)两端通过金属薄膜(5)密封，所述光纤光栅段(1)表面涂覆有机聚合物PDMS(2)胶体。

2.根据权利要求1所述的一种基于PDMS封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述有机聚合物PDMS(2)胶体涂覆于所述光纤光栅段(1)表面，并以所述光纤光栅段(1)为中心轴，填充满所述金属管(4)腔体，所述金属管(4)内腔通过有机聚合物PDMS(2)胶体填充与所述光纤光栅段(1)固化为一体。

3.根据权利要求1所述的一种基于PDMS封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述金属薄膜(5)采用铝膜材料，所述金属薄膜(5)形状与金属管(4)端部形状相匹配，所述金属薄膜(5)设有通孔，所述通孔设有向外延伸的延伸板，所述金属薄膜(5)分别套接于金属管(4)两端。

4.根据权利要求3所述的一种基于PDMS封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述金属薄膜(5)通过胶黏或焊接固定于金属管(4)。

5.根据权利要求1所述的一种基于PDMS封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述光纤光栅段(1)段与光纤(3)段纤芯为一整体纤芯，采用单模光纤(3)。

6.根据权利要求1所述的一种基于PDMS封装的高灵敏度光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述金属管(4)采用不锈钢材料，所述金属管(4)的全长为50mm，截面半径R＝2mm。