CN210005129U - 一种免熔接f-p腔光纤温度传感装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种免熔接F‑P腔光纤温度传感装置，包括宽带光源、光纤耦合器、F‑P腔测温探头和光谱分析仪，光纤耦合器一侧的端口通过单模光纤与宽带光源连接，光纤耦合器同侧另一端口通过单模光纤与光谱分析仪连接，光纤耦合器另一侧端口通过单模光纤与F‑P腔测温探头相连。本实用新型不涉及普通光纤与特种光纤的熔接，也不需要飞秒激光器或光纤光栅刻写装置等昂贵设备，相比已有光纤温度传感器，其制作工艺简单、结构紧凑、灵敏度高且制作成本极低。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种免熔接F-P腔光纤温度传感装置。
背景技术
温度测量应用的范围非常广泛,涉及到机械工业、油井、采矿业、航空航天等多种行业的环境监测，对于传统的电学温度传感器，由于在结构中使用了电学材料,其使用寿命和适用范围都受到限制，与之相对比，光纤温度传感器具有很多优点，如体积小、质量轻、灵敏度高、响应快、抗电磁干扰、易与其他网络实现融合等，在工业应用领域具有传统电学传感器所不具备的优势。
目前，光纤温度传感器的实现方式主要有基于光纤光栅的结构、基于填充的光子晶体光纤结构、基于空芯光纤(毛细管)与单模光纤熔接的结构、基于光栅与镀膜光纤的F-P腔结构等，在这些结构中，会涉及到普通光纤与特种光纤的熔接、光子晶体光纤气孔的全部填充或选择性填充、利用飞秒激光器在光纤中制作微腔、利用大型设备制作光纤光栅等工艺，不仅制作工艺复杂，技术要求高，而且大型设备的使用产生高昂的制作成本，因此，针对上述问题，本实用新型提出了一种免熔接的F-P腔光纤温度传感装置及其制作方法，其制作过程不涉及光纤的熔接，制作工艺简单、结构紧凑、灵敏度高且制作成本低。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种免熔接F-P腔光纤温度传感装置，解决现有光纤温度传感器制作工艺复杂、灵敏度低且制作成本高的问题；
本实用新型采用以下技术方案：
一种免熔接F-P腔光纤温度传感装置，包括宽带光源、光纤耦合器、F-P腔测温探头和光谱分析仪，所述光纤耦合器一侧的端口通过单模光纤与宽带光源连接，光纤耦合器同侧另一端口通过单模光纤与光谱分析仪连接，所述光纤耦合器另一侧端口通过单模光纤与F-P腔测温探头相连。
进一步的，所述F-P腔测温探头包括石英微管，所述石英微管内部充有填充液体，单模光纤分别从两端插入石英微管内，与石英微管两端连接，所述石英微管两端单模光纤端面相对，在石英微管内部形成一个腔体，并通过密封胶将石英微管与单模光纤固定。
进一步的，所述光纤耦合器的分光比为50%。
进一步的，所述单模光纤为G.652单模光纤，纤芯直径为8.2μm，包层直径为125μm。
进一步的，所述石英微管的长度为1～2cm。
进一步的，所述石英微管的内径为150～250μm，管壁厚度为50～100μm。
进一步的，所述填充液体为95%的乙醇溶液。
进一步的，所述密封胶为防水紫外胶。
本实用新型的有益效果：
本实用新型提供一种免熔接F-P腔光纤温度传感器装置，仅使用宽带光源、光纤耦合器、光谱分析仪、单模光纤、石英微管、密封胶等常见材料和器材就可以实现，不涉及普通光纤与特种光纤的熔接，也不需要飞秒激光器或光纤光栅刻写装置等昂贵设备，相比现有的光纤温度传感器，其制作工艺简单、结构紧凑、灵敏度高且制作成本极低，除此之外，由于构成F-P腔的两光纤端面是封装在石英微管内的，因此外部环境折射率的改变不会造成折射率-温度交叉敏感。
附图说明：
图1是本实用新型传感器的整体结构示意图；
图2是本实用新型传感器中测温探头的结构示意图；
图中：1、宽带光源；2、单模光纤；3、光纤耦合器； 4、F-P腔测温探头；5、光谱分析仪；6、密封胶；7、石英微管；8、填充溶液。
具体实施方式：
以下本实用新型的实施例作进一步详细描述。
如图1-2所示，一种免熔接F-P腔光纤温度传感装置，包括宽带光源1、光纤耦合器3、F-P腔测温探头4和光谱分析仪5，所述光纤耦合器3一侧的端口通过单模光纤2与宽带光源1连接，光纤耦合器3同侧另一端口通过单模光纤2与光谱分析仪5连接，所述光纤耦合器3另一侧端口通过单模光纤2与F-P腔测温探头4相连；所述F-P腔测温探头4包括石英微管7，所述石英微管7内部充有填充液体8，单模光纤2分别从两端插入石英微管7内，与石英微管7两端连接，所述石英微管7两端单模光纤2端面相对，在石英微管7内部形成一个腔体，并通过密封胶6将石英微管7与单模光纤2固定；所述光纤耦合器3的分光比为50%；所述单模光纤2为G.652单模光纤，纤芯直径为8.2μm，包层直径为125μm；所述石英微管7的长度为1～2cm；所述石英微管7的内径为150～250μm，管壁厚度为50～100μm；所述填充液体8为95%的乙醇溶液；所述所述密封胶6为防水紫外胶
一种免熔接F-P腔光纤温度传感装置的制作方法，包括以下步骤：
S1、F-P腔测温探头的制作：
取一段长度为2～4厘米的石英微管7，去除石英微管7外表面的保护层并进行清洁，根据长度需求将其两端面切平，利用毛细作用将填充液体8充入石英微管7内，在高倍显微镜下观察以保证填充液体8均匀且没有气泡产生；
S2、将光纤耦合器3与宽带光源1和光谱分析仪5连接：
将光纤耦合器3同侧两端口经单模光纤2分别与宽带光源1和光谱分析仪5相连，光纤耦合器3另一侧端口与单模光纤2相连，将单模光纤2远离光纤耦合器3的一端去除涂覆层，利用光纤切割工具将其切断，获得平整、光滑的单模光纤切面，保持清洁，待下一步与F-P腔测温探头4连接；
S3、将处理好的单模光纤2与F-P腔测温探头4连接：
在显微镜的辅助下，利用三维调节装置，将S2中处理好的单模光纤端插入已填充液体8的石英微管7中，取另一根单模光纤2，也将其一端去除涂覆层并进行切割，获得平整洁净的切面，在显微镜辅助下，利用三维调节装置将第二次得到的单模光纤切面端插入石英微管7的另一侧，与此同时，利用宽带光源1和光谱分析仪5对F-P干涉光谱进行监测，以控制构成F-P腔的两单模光纤端面的间距，并通过微调整对干涉光谱进行优化；
S4、将F-P腔测温探头4与两侧单模光纤2固定：
保持S3中石英微管7结构稳定，在石英微管7两端滴密封胶6固定单模光纤2，必要时可二次滴胶以保证传感探头的牢固性，待胶体固化后，将石英微管7远离光纤耦合器3一端的尾纤切除。
所述石英微管7的长度为1～2cm；所述石英微管7的内径为150～250μm，管壁厚度为50～100μm，所述填充溶液8具有较高的热膨胀系数，所述密封胶6固化后应有一定的弹性，为防水紫外胶。
本实用新型的工作方式为：宽带光源1产生信号光，由单模光纤2输入到光纤耦合器3，光纤耦合器3将信号光通过单模光纤2输入到F-P腔测温探头4，经F-P腔测温探头4的反射光经过单模光纤2，通过光纤耦合器3输出到光谱分析仪5。
本实用新型的原理为：石英微管7中的两单模光纤2端面构成F-P光纤微腔，光谱分析仪5可探测到其反射光谱，密封石英微管10中选择具有较高的热膨胀系数的填充液体8，目的在于，当F-P腔测温探头4周围环境温度升高时，填充液体8体积膨胀，对两单模光纤2端面施加应力，装置中使用的密封胶6具有弹性，因此两单模光纤2端面的间距增大，改变了F-P腔腔长，F-P腔干涉光谱也随之变化，利用光谱分析仪5检测干涉波长的变化就可以得到温度的变化。
本实用新型实施例中，所述宽带光源1的输出波长为1200nm～1700nm，光谱分析仪5的工作波长覆盖范围为1200nm～1700nm；所述单模光纤2是G.652常规单模光纤，纤芯直径为8.2μm，包层直径为125μm；所述石英微管7长度1cm，外径为300μm，内径为200μm；所述填充液体8为乙醇溶液，浓度为95%，所述密封胶6为防水紫外胶；在温度20℃～60℃范围内，F-P腔测温探头4的温度灵敏度为3.07nm/℃。
以上实施例仅表达了本实用新型的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都是属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种免熔接F-P腔光纤温度传感装置，其特征在于，包括宽带光源（1）、光纤耦合器（3）、F-P腔测温探头（4）和光谱分析仪（5），所述光纤耦合器（3）一侧的端口通过单模光纤（2）与宽带光源（1）连接，光纤耦合器（3）同侧另一端口通过单模光纤（2）与光谱分析仪（5）连接，所述光纤耦合器（3）另一侧端口通过单模光纤（2）与F-P腔测温探头（4）相连。
2.根据权利要求1所述的免熔接F-P腔光纤温度传感装置，其特征在于，所述F-P腔测温探头（4）包括石英微管（7），所述石英微管（7）内部充有填充液体（8），单模光纤（2）分别从两端插入石英微管（7）内，与石英微管（7）两端连接，所述石英微管（7）两端单模光纤（2）端面相对，在石英微管（7）内部形成一个腔体，并通过密封胶（6）将石英微管（7）与单模光纤（2）固定。
3.根据权利要求1所述的免熔接F-P腔光纤温度传感装置，其特征在于，所述光纤耦合器（3）的分光比为50%。
4.根据权利要求1所述的免熔接F-P腔光纤温度传感装置，其特征在于，所述单模光纤（2）为G.652单模光纤，纤芯直径为8.2μm，包层直径为125μm。
5.根据权利要求2所述的免熔接F-P腔光纤温度传感装置，其特征在于，所述石英微管（7）的长度为1～2cm。
6.根据权利要求2或5所述的免熔接F-P腔光纤温度传感装置，其特征在于，所述石英微管（7）的内径为150～250μm，管壁厚度为50～100μm。
7.根据权利要求2所述的免熔接F-P腔光纤温度传感装置，其特征在于，所述密封胶（6）为防水紫外胶。
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| CN110044516A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-07-23 | 南京信息工程大学 | 一种免熔接f-p腔光纤温度传感装置及其制作方法 |
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