專利名稱：全光纖型溫度傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感領(lǐng)域，特別涉及中低溫溫度傳感領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖溫度傳感系統(tǒng)主要應(yīng)用于易燃易爆、強(qiáng)電磁場(chǎng)等領(lǐng)域，光纖傳感因其抗電磁干擾能力強(qiáng)、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是目前的研究熱點(diǎn)。
其中半導(dǎo)體型光纖測(cè)溫系統(tǒng)是目前比較成熟的一種方案，見圖1，1為輸入輸出光纖，2為砷化鎵材料，3為外套管。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，采取雙波長(zhǎng)技術(shù)，可靠性好，體積小，但也有缺點(diǎn)，即對(duì)波長(zhǎng)穩(wěn)定性要求高，另當(dāng)溫度上升時(shí)，傳感探頭輸出光功率與溫度是指數(shù)函數(shù)關(guān)系，隨著溫度的升高，輸出光功率變化越來越小，到150度以上時(shí)，實(shí)用性就比較差了，另由于2的插入，使得傳感探頭的插入損耗較大。
其它測(cè)溫系統(tǒng)，如光纖光柵溫度傳感系統(tǒng)，喇曼反射溫度傳感系統(tǒng)，其成本都過高。
實(shí)用新型專利92229667.7提供了一種較好的解決方案，但制作起來較困難，可靠性與產(chǎn)品一致性難保證。
本發(fā)明的目的在于提供一種更簡(jiǎn)單、成本更低、可靠性更好的光纖溫度傳感器。
有必要先介紹一下光纖截面結(jié)構(gòu)與傳輸特性。見圖2，6為光纖芯層，折射率最高，7為光纖包層，折射率次之，6與7一般為玻璃材料，5為光纖涂覆層，折射率小于6與7，一般為高分子聚合物，起保護(hù)作用。光線在6與7的界面發(fā)生全反射，使得光線在光纖芯層6中幾乎無損耗地傳播。但光纖彎曲時(shí)，原來在纖芯中以導(dǎo)模形式傳播的功率將部分的轉(zhuǎn)化為輻射模功率并逸出纖芯形成損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)出一種成本更低、可靠性更好、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的光纖溫度傳感器。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的將普通光纖涂覆層5去掉，換成折射率溫度系數(shù)較大的材料，再將光纖彎曲，甚至繞成光纖圈，見圖3，8為輸入光纖，9為光纖圈(可以是半圈，可以是整圈，甚至多圈)，10為輸出光纖。8與10之間存在一定的插入損耗，是由于9的彎曲損耗造成的，當(dāng)光沿著9傳播時(shí)，由于9中光纖曲率半徑超過光纖最小無損耗彎曲半徑，因此不斷有光從光纖芯層6中穿過包層7泄漏到涂覆層5中損耗掉，由于5折射率比7小，因此部分光將被5反射回7中轉(zhuǎn)播，進(jìn)而回到芯層6。在某一溫度，5、6、7的折射率是一定值，因而彎曲損耗是一定的，當(dāng)溫度變化時(shí)，5、6、7折射率都在發(fā)生變化，一般6與7折射率相對(duì)變化較小，光線從7中輻射能量基本不變，而5折射率變化相對(duì)較大，使得5反射回7的光能也發(fā)生變化，造成宏觀上9的彎曲損耗發(fā)生變化，因而8與10之間插入損耗也發(fā)生變化，探測(cè)8與10之間光功率的變化量，可以獲得溫度變化的精確信息。從而實(shí)現(xiàn)光纖溫度測(cè)量的目的。
進(jìn)一步方案，將一段光纖的包層7也采用較大折射率溫度系數(shù)的材料，并將這段光纖進(jìn)行適當(dāng)彎曲固定，當(dāng)溫度變化時(shí)，光纖芯層與包層折射率差發(fā)生改變，由于這段光纖處于彎曲狀態(tài)，光纖彎曲損耗也將發(fā)生變化。根據(jù)彎曲損耗的變化量，可以很好的獲得溫度信息，從而同樣可以實(shí)現(xiàn)光纖溫度測(cè)量目的。
很多高分子材料，其折射率溫度系數(shù)都較大，例如聚酰亞氨等，另外硅和鈮酸鋰等材料的折射率溫度系數(shù)也較高。這些材料都可以用于本發(fā)明。
本發(fā)明，全光纖型溫度傳感裝置，由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.本發(fā)明由于采用具有較大折射率溫度系數(shù)的材料作為光纖的涂覆層或包層，并將這段光纖彎曲，使得光纖彎曲損耗隨溫度變化而變化，其線性度非常好，且探頭成本較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
2.本發(fā)明由于采用光纖圈結(jié)構(gòu)，使得光纖彎曲長(zhǎng)度可以很長(zhǎng)，并集中于一點(diǎn)測(cè)溫，巧妙地提高了測(cè)量溫度的靈敏度，同時(shí)使光纖彎曲半徑不至于過小而導(dǎo)致探頭插損過大。


通過以下對(duì)本發(fā)明全光纖型溫度傳感裝置若干實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為
圖1 半導(dǎo)體測(cè)溫探頭圖2 光纖截面圖3 發(fā)明方案圖4 實(shí)施例一圖五實(shí)施例二具體實(shí)施方式
請(qǐng)參見圖4所示，這是本發(fā)明全光纖型溫度傳感裝置一種實(shí)施例。其中11為光源，12為光電探測(cè)器。彎曲光纖為單模光纖，涂覆層為聚酰亞氨，耐溫200度以上，折射率溫度系數(shù)在10-4量級(jí)，光纖圈9匝數(shù)為30匝，溫度由35攝氏度升到135攝氏度時(shí)，8與10間插損變化10dB。當(dāng)溫度變化時(shí)，12的輸出電流將發(fā)生改變，據(jù)此實(shí)現(xiàn)溫度探測(cè)監(jiān)控。
請(qǐng)參見圖5所示，這是本發(fā)明全光纖型溫度傳感裝置另一種實(shí)施例。其中13為反射境(帶45度法拉第旋轉(zhuǎn)片)，14為Y分支光分路器。光源11發(fā)射的光經(jīng)14進(jìn)入8，在9中衰減，進(jìn)入10，后被反射境13反射。由于10與13之間有45度法拉第旋轉(zhuǎn)片，因此回到光線10中時(shí)，原TE模變?yōu)門M模，原TM模變?yōu)門E模，克服了光路中偏振相關(guān)的影響。光線經(jīng)10回到9中進(jìn)一步衰減(增加了光纖探溫部分長(zhǎng)度)，經(jīng)8進(jìn)入光分路器14，其中部分光進(jìn)入光探測(cè)器12。當(dāng)溫度變化時(shí)，12的輸出電流將發(fā)生改變，據(jù)此實(shí)現(xiàn)溫度探測(cè)監(jiān)控。
總之，本發(fā)明提出了將折射率溫度系數(shù)較大的材料作為光纖涂覆層或包層，并將這段光纖彎曲，甚至繞成光纖圈的方法，利用該方法做成的光纖溫度傳感探頭，具有可靠性高，成本低，重復(fù)性與穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種全光纖型溫度傳感裝置，其特征在于處于彎曲狀態(tài)的光纖包層或涂覆層材料折射率溫度系數(shù)較大。
2.如權(quán)利要求1所述的一種裝置，其特征在于所采用的光纖，可以是單模光纖，也可以是多模光纖。
3.如權(quán)利要求2所述的一種裝置，其特征在于處于彎曲狀態(tài)的光纖構(gòu)成含有一圈以上光纖的光纖圈。
4.如權(quán)利要求3所述的一種裝置，其特征在于光纖涂覆層為折射率溫度敏感的高分子聚合物材料。
5.如權(quán)利要求3所述的一種裝置，其特征在于光纖包層為硅或鈮酸鋰等折射率溫度系數(shù)較大的無機(jī)透明光學(xué)材料。
全文摘要
本發(fā)明屬于光纖傳感領(lǐng)域，是一種全光纖型溫度傳感裝置。將折射率溫度系數(shù)較大的材料作為光纖涂覆層或包層，并將這段光纖彎曲，甚至繞成光纖圈，使得光纖彎曲損耗隨溫度變化而變化，巧妙地提高了溫度靈敏度，利用該方法做成的光纖溫度傳感探頭，具有可靠性高，成本低，線性度好，穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01K11/00GK1616935SQ200310111350
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2003年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月10日
發(fā)明者張立國(guó) 申請(qǐng)人:張立國(guó)