CN216386039U - 一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，涉及光纤传感技术领域，具体涉及了一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置。本实用新型是为了解决目前行业所应用的温度传感装置存在的成本高、灵敏度较低、易受外界环境干扰等问题。本实用新型包括宽带光源、两条单模传输光纤、光纤光栅传感单元和光谱仪。其中光纤光栅传感单元包含氧化石墨烯薄膜和双锥形微纳光纤光栅。当外界的温度发生变化时，氧化石墨烯的有效折射率将发生变化，同时在倏逝场的作用下，光纤光栅传感单元内部传输的光信号中心波长相位将发生变化，通过光谱仪间接对温度变化进行分析，进而完成传感。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置。
背景技术
温度是一个重要的物理量，在电气、军事、医学、农业、航空航天等诸多领域的要求都极为严格。对温度进行实时检测是十分必要的。一个良好的温度传感装置应具有使用寿命长、精度高、成本低、体积小、制造工艺简单、响应速度快等优点，如今市场上的温度传感装置可按测量方式分为接触类和非接触类两大类，非接触类如红外温度传感装置，其无需与被测系统接触，测温上限高同时反应速度快，但由于其测温过程中易受测温距离以及环境因素如水气、灰尘等影响导致其测试结果具有较大误差；接触类的的温度传感装置如热电偶、热电阻等，热电偶的测温范围广、性能稳、动态响应高，但是其由于需要补偿导线进行电信号的传输，传输过程易受周围磁场的影响，对强磁场环境进行检测传感时具有很大误差；热电阻相比较而言无需补偿导线，灵敏度高、稳定性强，但是其测温范围受限于热电阻的制作材料，且需要电源的持续激励，无法实现对温度的瞬时传感，且电子器件易发生受潮老化进而影响测量精度。
而自1989年光纤光栅首次被引入做传感后，各领域对光纤光栅的传感能力关注度不断提升，各国政府都投入了大量的人力、物力、资金对此进行了深入仔细的研究。微纳光纤光栅作为一个温度传感元器件，与传统的传感元器件相比有很多优点，如灵敏度高、稳定性高、体积小、耐腐蚀、抗电磁辐射、使用寿命长、便于遥测等。而在微纳光纤光栅传感结构上包覆敏感材料会大大优化其原有的灵敏性能，因此设计一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置在光纤温度传感领域具有宽阔的发展前景。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决目前行业所应用的温度传感装置存在的成本高、灵敏度较低、易受外界环境干扰等问题而提出的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置。
为此，本实用新型采用了如下技术方案：
提供了一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其特征在于：包括宽带光源(1)、单模传输光纤S1(2)、光纤光栅传感单元(3)、单模传输光纤S2(4)和光谱仪(5)，其中：
所述的光纤光栅传感单元(3)中包含双锥形微纳光纤光栅(3-1)、氧化石墨烯薄膜(3-2)；
所述的宽带光源(1)的输出端与所述的单模传输光纤S1(2)的左端相连，单模传输光纤S1(2)的右端与所述的光纤光栅传感单元(3)的左端相连，光纤光栅传感单元(3)的右端与所述的单模传输光纤S2(4)的左端相连，单模传输光纤S2(4)的右端与所述的光谱仪(5)的输入端相连。
所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其特征在于：所述的宽带光源(1)用于产生中心波长为1550nm的宽脉冲光信号。
所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其特征在于：所述的光纤光栅传感单元(3)结构为氧化石墨烯薄膜(3-2)包覆在双锥形微纳光纤光栅(3-1)上。
所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其特征在于：所述的双锥形微纳光纤光栅(3-1)由一根单模光纤熔融拉锥后经氢氟酸腐蚀掉部分包层制成。
所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其特征在于：所述的双锥形微纳光纤光栅(3-1)的长度为1.3cm，腰椎直径为6.7μm，光栅栅格与双锥形微纳光纤光栅(3-1)有60°的倾斜角度。
所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其特征在于：所述的宽带光源(1)、单模传输光纤S1(2)、光纤光栅传感单元(3)、单模传输光纤S2(4)和光谱仪(5)的连接方式均采用电弧放电熔融连接。
本实用新型提供了一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，该传感装置改善了现有温度传感装置存在的成本高、灵敏度较低、易受外界环境干扰等问题。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
1.本实用新型针对目前行业上所应用的温度传感装置存在的成本高、灵敏度较低、易受外界环境干扰等问题提出了改进的方案，降低了制作难度，通过采用对光纤进行熔融拉锥制得微纳光纤的方法减小了温度传感装置的体积和成本。
2.本实用新型提供的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其中氧化石墨烯薄膜包覆在传感单元的双锥形微纳光纤光栅上，在对温度进行检测传感时，极大的提升了温度变化时反应的灵敏度性能，
3.本实用新型提供的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其中传感单元采用的是光纤材料，因此抗外界电磁场干扰的性能极强。
附图说明
图1为本实用新型提出的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置的系统结构图；
图2为微纳光纤光栅传感单元的放大图。
具体实施方式
下面结合说明书附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。
图1是本实施方式所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，它包括宽带光源(1)、单模传输光纤S1(2)、光纤光栅传感单元(3)、单模传输光纤S2(4)和光谱仪(5)，宽带光源(1)的输出端与单模传输光纤 S1(2)的左端相连，单模传输光纤S1(2)的右端与光纤光栅传感单元(3)的左端相连，光纤光栅传感单元(3)的右端与单模传输光纤S2(4)的左端相连，单模传输光纤S2(4)的右端与光谱仪(5)的输入端相连。
如图2，光纤光栅传感单元(3)中包含双锥形微纳光纤光栅(3-1)、氧化石墨烯薄膜(3-2)。
宽带光源(1)用于产生中心波长为1550nm的宽脉冲光信号。
光纤光栅传感单元(3)结构为氧化石墨烯薄膜(3-2)包覆在双锥形微纳光纤光栅(3-1)上。
双锥形微纳光纤光栅(3-1)由一根单模光纤熔融拉锥后经氢氟酸腐蚀掉部分包层制成。
双锥形微纳光纤光栅(3-1)的长度为1.3cm，腰椎直径为6.7μm，光栅栅格与双锥形微纳光纤光栅(3-1)有60°的倾斜角度。
宽带光源(1)、单模传输光纤S1(2)、光纤光栅传感单元(3)、单模传输光纤S2(4)和光谱仪(5)的连接方式均采用电弧放电熔融连接。
使用时，将光路按照光路图搭建好，然后将传感装置置于环境中，待光源信号输出稳定后即可进行传感。
工作原理：将光路按照光路图搭建好，将传感装置置于环境中，打开宽带光源，光信号通过单模传输光纤S1输入到光纤光栅传感单元中，当外界的温度发生变化时，氧化石墨烯的有效折射率将发生变化，同时在倏逝场的作用下，光纤光栅传感单元内部传输的光信号中心波长相位将发生变化，后经过单模传输光纤 S2输入至光谱仪，通过对光谱仪所显示的光谱发生的变化进行分析，从而完成对外界温度的传感。
Claims (6)
1.一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其特征在于：包括宽带光源(1)、单模传输光纤S1(2)、光纤光栅传感单元(3)、单模传输光纤S2(4)和光谱仪(5)，其中：
所述的光纤光栅传感单元(3)中包含双锥形微纳光纤光栅(3-1)、氧化石墨烯薄膜(3-2)；
所述的宽带光源(1)的输出端与所述的单模传输光纤S1(2)的左端相连，单模传输光纤S1(2)的右端与所述的光纤光栅传感单元(3)的左端相连，光纤光栅传感单元(3)的右端与所述的单模传输光纤S2(4)的左端相连，单模传输光纤S2(4)的右端与所述的光谱仪(5)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其特征在于：所述的宽带光源(1)用于产生中心波长为1550nm的宽脉冲光信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其特征在于：所述的光纤光栅传感单元(3)结构为氧化石墨烯薄膜(3-2)包覆在双锥形微纳光纤光栅(3-1)上。
4.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其特征在于：所述的双锥形微纳光纤光栅(3-1)由一根单模光纤熔融拉锥后经氢氟酸腐蚀掉部分包层制成。
5.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其特征在于：所述的双锥形微纳光纤光栅(3-1)的长度为1.3cm，腰椎直径为6.7μm，光栅栅格与双锥形微纳光纤光栅(3-1)有60°的倾斜角度。
6.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯包覆微纳光纤光栅的温度传感装置，其特征在于：所述的宽带光源(1)、单模传输光纤S1(2)、光纤光栅传感单元(3)、单模传输光纤S2(4)和光谱仪(5)的连接方式均采用电弧放电熔融连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN117406148A (zh) * | 2023-09-18 | 2024-01-16 | 江西师范大学 | 锥形微纳光纤布拉格光栅传感器的多参数测量装置及方法 |
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