本發(fā)明涉及一種用于溫度監(jiān)測預(yù)警的新型光纖。涉及特種光纖、光纖傳感領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

溫度監(jiān)測是傳感器的重要應(yīng)用方向，在這一應(yīng)用領(lǐng)域中，光纖傳感器以其良好的絕緣、耐腐蝕、抗電磁干擾、利于復(fù)用、結(jié)構(gòu)輕便等突出優(yōu)點(diǎn)，受到了人們的廣泛關(guān)注，尤其可以方便有效地應(yīng)用于強(qiáng)電磁干擾、腐蝕性、易燃易爆、核輻射等惡劣特殊環(huán)境中。

光纖溫度傳感器已經(jīng)存在大量研究成果?，F(xiàn)有光纖溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要通過監(jiān)測光纖干涉器件的峰值波長漂移監(jiān)測待測點(diǎn)溫度，并根據(jù)測量結(jié)果結(jié)合門限判決報(bào)警，基于光纖光柵的溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)即從屬于此類別；或采用光時(shí)域反射技術(shù)，通過監(jiān)測事件點(diǎn)的變化來監(jiān)測待測點(diǎn)溫度，仍然需要根據(jù)測量結(jié)果結(jié)合門限判決報(bào)警。在上述監(jiān)測過程中由于環(huán)境溫度的變化是連續(xù)的，檢測到的波長漂移也表現(xiàn)為相應(yīng)的連續(xù)變化，再加上通常的檢測光纖以SiO₂為材料，溫度監(jiān)測活動(dòng)基于光纖材料的折射率變化導(dǎo)致的干涉或反射波長的變化，而SiO₂在溫度影響下的折射率變化非常微弱，因而導(dǎo)致靈敏度不高、使用量程受限、預(yù)警點(diǎn)信號變化不明顯等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種用于溫度監(jiān)測預(yù)警的新型光纖。

本發(fā)明所要解決的首要技術(shù)問題是：為溫度監(jiān)測預(yù)警應(yīng)用提供一種新式光纖，令監(jiān)測系統(tǒng)在預(yù)警溫度發(fā)生時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的信號變化。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種用于溫度監(jiān)測預(yù)警的新型光纖，其特征在于：該光纖結(jié)構(gòu)從內(nèi)而外依次包括纖芯、相變包層、外殼三部分，在纖芯和相變包層之間可以增加輔助包層。

具體連接方式為：各層邊界為同心圓，各層之間依次無間隙地完全接觸。該傳感用光纖可直接與檢測系統(tǒng)中用于信號傳輸?shù)钠胀ü饫w相連。

本發(fā)明在環(huán)境達(dá)到預(yù)警溫度時(shí)能夠令溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)提供強(qiáng)烈的信號變化，這種變化程度明顯區(qū)別于預(yù)警溫度以外系統(tǒng)信號對溫度的變化形式，因此能夠更準(zhǔn)確地發(fā)出溫度報(bào)警。這種光纖本身集成了對預(yù)警溫度發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)的功能，光纖拉制完成后無需特殊的處理即可連接并實(shí)現(xiàn)監(jiān)測。同時(shí)，由于該光纖結(jié)構(gòu)與普通光纖有良好兼容性，亦可以本發(fā)明所述光纖為基礎(chǔ)制作光纖光柵等光纖器件。除此以外，由于該光纖在預(yù)警溫度處能夠提供明顯的溫度變化，因而能夠降低系統(tǒng)在監(jiān)測及信號處理部分對器件精度的要求，進(jìn)而大幅降低系統(tǒng)造價(jià)、簡化系統(tǒng)的復(fù)雜程度，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的實(shí)用性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的用于溫度監(jiān)測預(yù)警的新型光纖的橫截面示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的用于溫度監(jiān)測預(yù)警的新型光纖的橫截面示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明所述用于溫度監(jiān)測預(yù)警的新型光纖，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)在于相變包層，該包層使用在預(yù)警溫度處發(fā)生固液相變的材料，在纖芯和外殼的幫助下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的核心目標(biāo)，即在預(yù)警溫度處使監(jiān)測信號發(fā)生強(qiáng)烈變化。

本發(fā)明所述光纖在光纖本身對溫度變化的響應(yīng)之外，還引入相變包層導(dǎo)致預(yù)警溫度處信號的強(qiáng)烈變化，并通過相變包層的輔助增強(qiáng)其他溫度下光纖對溫度變化的敏感程度。在增強(qiáng)光纖溫度監(jiān)測傳感系統(tǒng)的性能之外，還能顯著降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低系統(tǒng)造價(jià)。一體拉制的光纖同時(shí)還確保了良好的均勻性和一致性，簡化了溫度敏感光纖器件的制作過程。

實(shí)施例一

該實(shí)施例提供的一種用于溫度監(jiān)測預(yù)警的新型光纖的橫截面示意圖如圖1所示。該光纖是縱向均勻的圓柱形結(jié)構(gòu)，橫截面從內(nèi)而外依次為纖芯1、相變包層2、外殼3。本實(shí)施例所述結(jié)構(gòu)適用于相變包層2折射率n₂低于纖芯1折射率n₁，或相變包層2折射率n₂高于纖芯1折射率n₁、但相變包層2厚度d₂<70nm的情況。

采用在預(yù)警溫度處發(fā)生固液相變的材料制作相變包層2。當(dāng)環(huán)境溫度低于相變包層2材料的熔化溫度Tr時(shí)，相變包層2為固態(tài)；環(huán)境溫度高于相變包層2的熔化溫度Tr時(shí)，相變包層2轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。固態(tài)與液態(tài)狀態(tài)下材料的折射率發(fā)生明顯變化，由此令監(jiān)測的信號產(chǎn)生強(qiáng)烈變化。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例的一個(gè)較優(yōu)實(shí)例為：當(dāng)預(yù)警溫度為18℃時(shí)，纖芯1材料采用摻鍺石英，相變包層2材料采用丙三醇，外殼3材料采用低折射率光纖涂覆樹脂。當(dāng)溫度高于18℃時(shí)，丙三醇由固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，相變前后折射率發(fā)生強(qiáng)烈變化，從而使監(jiān)測信號在預(yù)警點(diǎn)處發(fā)生明顯變化，提供及時(shí)報(bào)警。

進(jìn)一步的，上述較優(yōu)實(shí)例可以選擇各層直徑參數(shù)分別為：纖芯1直徑80μm，相變包層2外徑125μm，外殼3外徑250μm。

實(shí)施例二

該實(shí)施例提供的一種用于溫度監(jiān)測預(yù)警的新型光纖的橫截面示意圖如圖2所示。本實(shí)施例所述結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相似，區(qū)別在于在纖芯1與相變包層2之間增加輔助包層4。輔助包層4所用材料折射率n₄低于纖芯1所用材料折射率n₁，用于與纖芯1共同構(gòu)成波導(dǎo)。當(dāng)相變包層2所用材料折射率n₂大于纖芯1所用材料折射率n₁、且相變層較厚時(shí)，輔助包層4能夠令進(jìn)入該段光纖的信號光得到較好傳輸。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例的一個(gè)較優(yōu)實(shí)例為：當(dāng)預(yù)警溫度為157℃時(shí)，纖芯1材料采用摻鍺石英，輔助包層4材料采用純石英，相變包層2材料采用金屬銦，外殼3材料采用聚合物TOPAS。當(dāng)溫度高于157℃時(shí)，金屬銦由固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，相變前后折射率發(fā)生明顯變化，從而使監(jiān)測信號在預(yù)警點(diǎn)處發(fā)生強(qiáng)烈變化，提供及時(shí)報(bào)警。

進(jìn)一步的，上述較優(yōu)實(shí)例可以選擇各層直徑參數(shù)分別為：纖芯1直徑100μm，輔助包層4外徑120μm，相變包層2外徑125μm，外殼3外徑250μm。