CN210109377U - 一种高温耐油大数值孔径光纤 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及测温光纤，具体涉及一种高温耐油大数值孔径光纤，主要解决现有测温光纤不能同时满足大数值、耐高温、耐油，导致其不能满足电力行业变压器绕组测温使用要求的问题。该高温耐油大数值孔径光纤包括由内向外依次设置的芯层、涂覆层与保护层；芯层为纯石英裸纤；涂覆层包括一层或两层耐高温涂层；保护层为高温耐油保护层。

Description

一种高温耐油大数值孔径光纤

技术领域

本实用新型涉及测温光纤，具体涉及一种高温耐油大数值孔径光纤。

背景技术

在电力行业的变压器绕组测温中，光纤测温以精度高、抗干扰能力强、安装尺寸小等独特的优势，逐渐取代传统的铂电阻式测温。但是，由于现场安装环境恶劣，较粗的光纤需多次弯折安装，导致其容易折断，进而将直接导致仪器测温功能失效。光纤的柔韧性与芯径的四次方成反比，光纤芯径越小，耦合进光纤的激发光能量也越少，最终会导致仪器测温精度降低。因此，在满足一定光纤芯径的前提下，极大可能增大数值孔径，对提升仪器的综合性能具有十分重大的意义。另外，由于其特殊的应用领域，光纤的耐温耐油性也必须得以满足。

光纤数值孔径是多模光纤的重要参数，它表征光纤端面接收光的能力。入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以，此角度α的正弦值称为光纤的数值孔径(NA＝sinα)，若NA越大，则光纤接收光的能力越强。多模光纤NA的范围一般在0.18～0.23之间，光纤的数值孔径大小与纤芯折射率、纤芯－包层相对折射率差有关，NA＝根号下(n1^2-n2^2)，其中n1表示纤芯折射率，n2表示包层折射率。通常增大数值孔径的方法是减小n2的大小，比如改变芯层和包层玻璃里的掺杂成分，传统方式为芯层掺锗、包层掺氟，但是由于材料掺杂比例的制约，数值孔径最大可提升值仅为NA＝0.35。此外，现有光纤不耐高温、不耐油，不能满足电力行业变压器绕组测温的使用要求。因此，高温耐油大数值孔径光纤的研制是主要的研究方向。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有测温光纤不能同时满足大数值、耐高温、耐油，导致其不能满足电力行业变压器绕组测温使用要求的问题，提供一种高温耐油大数值孔径光纤。

本实用新型的技术方案如下：

一种高温耐油大数值孔径光纤，包括由内向外依次设置的芯层、涂覆层与保护层；所述芯层为纯石英裸纤；所述涂覆层包括一层或两层耐高温涂层；所述保护层为高温耐油保护层。

进一步地，所述耐高温涂层为低折射率紫外线固化树脂。

进一步地，所述耐高温涂层的厚度为芯层直径的5％～25％。

进一步地，所述耐高温涂层的厚度为芯层直径的15％。

进一步地，所述保护层为PFA高温耐油保护层。

同时，本实用新型还提供一种高温耐油大数值孔径光纤制备方法，包括以下步骤：

1)将纯石英裸纤拉制成产品的芯层尺寸；

2)在芯层外表面涂覆一层或两层低折射率紫外线固化树脂，并采用紫外固化灯固化，形成涂覆层；

3)在步骤2)形成的涂覆层外包裹高温耐油保护层，形成高温耐油大数值孔径光纤。

进一步地，步骤2)中，紫外固化灯具体采用UV-B型灯，其固化功率1000mJ/cm2，发光波段为290-320nm。

进一步地，步骤3)中的保护层为PFA高温耐油保护层。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

相较于常规芯层掺锗、包层掺氟的技术，本实用新型光纤直接采用低折涂料代替光纤包层，大幅提升光纤的数值孔径，并且选用的紫外固化涂料耐高温性能满足产品使用要求，性能稳定。本实用新型光纤涂层外部增加PFA保护层，最大可能的阻隔变压器油对涂层的腐蚀，增强其耐高温、耐油性能，同时，提升光纤的抗拉强度。

附图说明

图1为本实用新型高温耐油大数值孔径光纤结构剖视图。

附图标记：1-芯层，2-涂覆层，3-保护层，21-耐高温涂层。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型的内容作进一步详细描述。

传统光纤的结构形式均为三层结构，即芯层、包层与涂覆层，并且数值孔径通常为NA＝0.22，耐高温光纤涂覆通常采取聚酰亚胺涂层。为了提升光纤耦合的耦合效率，加大光纤的数值孔径，本实用新型提出两层结构型式的光纤制备方案，在纯石英芯层外涂一层或两层耐高温新型低折涂料，数值孔径可加大到NA＝0.46。另外，为了满足电力行业变压器测温的耐油性能，在成品光纤的外部增加PFA耐油护套，起到耐油保护、阻燃和增强光纤柔韧性的作用。

如图1所示，本实用新型提供高温耐油大数值孔径光纤包括由内向外依次设置的芯层1、涂覆层2与保护层3；芯层1为纯石英裸纤，涂覆层2包括一层或两层耐高温涂层21，保护层3为高温耐油保护层3。耐高温涂层21具体为低折射率紫外线固化树脂，耐高温涂层21的厚度为芯层1直径的5％～25％，优选的，耐高温涂层21的厚度为芯层1直径的15％。耐高温涂层21可以涂一层，一层涂覆厚度相对较厚，涂两层的目的一是为了方便固化，二是可提高光纤强度，并且最多涂覆两层，层数太多会降低光纤的柔韧性。保护层3具体为PFA高温耐油保护层，PFA高温耐油保护层可耐高温，且抗腐蚀能力强，是光纤护套的常用材料，也可用类似新材替代。

本实用新型将包层玻璃材料替换为低折涂料，光线直接在芯层－涂层的介质面发生全反射，可大幅提高光纤的数值孔径。本实用新型在纯石英芯层1外涂两次耐高温新型低折涂料，数值孔径可加大到NA＝0.46，由NA＝根号下(n1^2-n2^2)得出，n1表示纤芯石英折射率，n2表示涂料折射率，改变材料增大折射率差，可增大光纤数值孔径。

同时，本实用新型还提供了一种高温耐油大数值孔径光纤制备方法，包括以下步骤：

1)将纯石英裸纤拉制成产品的芯层尺寸；

2)在芯层外表面涂覆一层或两层低折射率紫外线固化树脂，并采用紫外固化灯固化，形成涂覆层；紫外固化灯具体采用UV-B型灯，其固化功率1000mJ/cm²，发光波段为290-320nm；

第一层为全反射界面，第二层起增加强度作用，先涂覆第一层，并且一边涂覆，一边固化，固化的时间与固化灯的照射强度、拉丝速度有关；拉丝速度越快，照射强度就越高，第一层涂覆固化完成后，以同样的步骤涂覆第二层，无特定的时间间隔，各自涂覆的厚度可选择，通常每一层厚度为几十微米；

3)在步骤2)形成的涂覆层外包裹PFA高温耐油保护层。

本实用新型提供高温耐油大数值孔径光纤主要由纯石英裸纤、耐高温涂层(涂一层或两层)、PFA高温耐油保护层组成。纯石英裸纤拉制成产品需要的芯径尺寸，在拉制光纤的过程中，利用挤出机直接包覆在光纤涂层表面，耐高温涂层21选用低折射率紫外线固化树脂，选用的涂层材料可长期耐受300℃高温，最高可耐受温度388℃。该涂料的紫外固化灯需要用与之匹配的UV-B型灯，固化功率1000mJ/cm2(拉丝速度越快，照射强度就越高)，发光波段为290-320nm，固化出的光纤涂层厚薄均匀，弯曲度柔韧性好，涂层与光纤玻璃芯层结合力牢固可靠，表面光洁度好。涂覆两层是为了固化更牢固并提升强度。PFA高温耐油保护层主要是为了增强光纤的强度，并且由于PFA(聚四氟乙烯)长期使用温度-196～260℃，有卓越的耐化学腐蚀性，普通气体和水气的渗透性低，极适用于水、燃料、油、酸碱环境中。此外，PFA是一种坚韧的材料，各种机械性能达到较好的平衡—抗撕拉极强、抗张强度高、中等硬度、出色的抗冲击能力、伸缩寿命长，在耐油、耐高温、阻燃几方面具有很大的优势。

Claims (5)

1.一种高温耐油大数值孔径光纤，其特征在于：包括由内向外依次设置的芯层(1)、涂覆层(2)与保护层(3)；

所述芯层(1)为纯石英裸纤；所述涂覆层(2)包括一层或两层耐高温涂层(21)；所述保护层(3)为高温耐油保护层。

2.根据权利要求1所述的高温耐油大数值孔径光纤，其特征在于：所述耐高温涂层(21)为低折射率紫外线固化树脂。

3.根据权利要求1或2所述的高温耐油大数值孔径光纤，其特征在于：所述耐高温涂层(21)的厚度为芯层(1)直径的5％～25％。

4.根据权利要求3所述的高温耐油大数值孔径光纤，其特征在于：所述耐高温涂层(21)的厚度为芯层(1)直径的15％。

5.根据权利要求4所述的高温耐油大数值孔径光纤，其特征在于：所述保护层(3)为PFA高温耐油保护层。

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