本發(fā)明涉及溫度傳感領(lǐng)域，具體涉及一種基于無芯光纖布拉格光柵高溫傳感方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)傳感器一般分為電傳感器、機械傳感器，電傳感器容易受熱源、光源干擾，受電磁干擾明顯；機械傳感器由于放大和指示環(huán)節(jié)多為機械傳動，不僅受間隙影響，而且慣性大，固有頻率低只宜用于檢測緩變或靜態(tài)測量，缺點是彈性形變不易大。而新型的無芯光纖傳感器具有抗腐蝕能力強，不受電磁干擾，信號傳輸距離長，具有多點復(fù)用和分布式傳感的能力，十分適用于復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，因而倍受青睞。

目前已經(jīng)有多種光纖溫度傳感器，其中發(fā)展較為成熟的是基于普通單模光纖的光纖布拉格光柵溫度傳感器，主要利用光纖布拉格光柵反射波長和溫度成線性關(guān)系的特征?；谄胀▎文９饫w的光纖布拉格光柵在高溫情況下會出現(xiàn)“漂白效應(yīng)”，維持光纖布拉格光柵特征的折射率調(diào)制將因為高溫而消失，因此在基于普通單模光纖的光纖布拉格光柵僅能適用于溫度小于400度的溫度傳感。普通I型光纖布拉格光柵在200～300℃時開始退化，布拉格光柵在高溫下很容易擦除，在700℃左右被完全擦除，目前一般布拉格光柵的應(yīng)用溫度在600℃以下，對于800℃及其800℃以上的溫度，一般布拉格光柵則不能進行傳感。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提出了一種基于無芯光纖布拉格光柵的高溫傳感方法。

本發(fā)明的方法包括以下步驟：

步驟(1)選擇一個無芯光纖布拉格光柵作為高溫傳感器；所述無芯光纖布拉格光柵由飛秒激光器在無芯光纖上刻寫得到。

步驟(2)選擇一個輸出波長覆蓋1500nm至1600nm高穩(wěn)定寬帶光源、一個工作波長覆蓋1500nm至1600nm的光譜儀、一個環(huán)形器。

步驟(3)將高穩(wěn)定寬帶光源的輸出端口和環(huán)形器的第一端口光纖連接；將光譜儀的輸入端口和環(huán)形器的第二端口光纖連接；將環(huán)形器第三端口和一個帶有布拉格光柵的無芯光纖連接。

步驟(4)將高溫傳感器置入需要測量溫度的環(huán)境中，開啟高穩(wěn)定寬帶光源，由無芯光纖布拉格光柵反射回的光，其反射峰峰值對應(yīng)的波長為：

λ0＝2n_effΛ

其中n_eff為無芯光纖布拉格光柵的有效折射率，Λ為布拉格光柵的周期；

當(dāng)環(huán)境溫度變化時，該反射峰峰值對應(yīng)的波長也會變化，從而通過測量反射峰峰值對應(yīng)的波長的漂移來確定施加在無芯光纖上的溫度。

本發(fā)明提出了一種基于無芯光纖布拉格光柵的高溫傳感方法，無芯光纖布拉格光柵是在飛秒激光器刻寫下完成的；飛秒激光器下刻寫的無芯光纖布拉格光柵熱穩(wěn)定性好，具有更好的高溫性能，可在800℃高溫以上長時間使用。另外無芯光纖本身作為纖芯，空氣作為包層，這樣對外界感知更為靈敏，對高溫傳感也更為精確?；跓o芯光纖布拉格光柵的高溫傳感方法具有簡單、方便、穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、實時在線測量、連續(xù)、準(zhǔn)確率高的優(yōu)點。

附圖說明

圖1a為本發(fā)明所使用的裝置示意圖；

圖1b為本發(fā)明所使用的無芯光纖布拉格光柵裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中的溫度傳感測試結(jié)果圖。

具體實施方式

如圖1a所示本發(fā)明所使用的裝置包括：高穩(wěn)定寬帶光源1、光譜儀2、環(huán)形器3、無芯光纖布拉格光柵4。設(shè)計一個光路圖，由高穩(wěn)定寬帶光源1發(fā)出光，入射到環(huán)形器3輸入端里面，環(huán)形器3另一端接無芯光纖布拉格光柵4，返回的光再入射到光譜儀2上。

具體實現(xiàn)高溫傳感方法包括以下步驟：

(1)選擇一個無芯光纖布拉格光柵；無芯光纖布拉格光柵由飛秒激光器在無芯光纖上逐點刻寫形成，長度為2-5mm，帶有布拉格光柵高溫傳感器件。

(2)選擇一個輸出波長覆蓋1500nm至1600nm高穩(wěn)定寬帶光源、一個工作波長覆蓋1500nm至1600nm的光譜儀、一個環(huán)形器；

(3)將高穩(wěn)定寬帶光源1的輸出端口和環(huán)形器3的第一端口光纖連接；將光譜儀2的輸入端口和環(huán)形器3的第二端口光纖連接；將環(huán)形器3第三端口和一個無芯光纖布拉格光柵4連接；組成帶有無芯光纖布拉格光柵高溫測量的部件包括一段單模光纖和一段無芯光纖，其制作步驟如下：將單模光纖的輸出端口和無芯光纖的輸入端口以光纖熔接方式連接；利用飛秒激光器在無芯光纖上逐點刻寫布拉格光柵，形成一個長度為2-5mm、帶有無芯光纖布拉格光柵4的高溫傳感器件；其中無芯光纖布拉格光柵由電腦編制程序控制飛秒激光進行刻寫。圖1b所示布拉格光柵，長度L為5-50微米，寬度d為1-5微米，刻寫深度h為1-10微米。

(4)將光纖高溫傳感頭置入需要測量溫度的環(huán)境中。開啟高穩(wěn)定寬帶光源1，發(fā)出波長為1500nm至1600nm的寬譜光，當(dāng)寬帶光經(jīng)過環(huán)形器3進入無芯光纖布拉格光柵，其中部分光被無芯光纖布拉格光柵反射回的，再經(jīng)過環(huán)形器返回光譜儀；由無芯光纖布拉格光柵反射回的光，其反射峰峰值對應(yīng)的波長為

λ0＝2n_effΛ (1)

其中n_eff為無芯光纖布拉格光柵的有效折射率，Λ為布拉格光柵的周期。由于Λ，n_eff均為溫度的函數(shù)，因此溫度變化的時候就會引起反射峰峰值對應(yīng)的波長λ_p變化，從光譜分析儀測量獲得波長λ_p有變化量△λ_p的時候，就可以得到溫度的變化為：

△T＝k·△λ_p (2)

其中k為常數(shù)，可以根據(jù)無芯光纖參數(shù)計算出來。因此，可以通過測量反射峰峰值對應(yīng)的波長的漂移來確定施加在無芯光纖上的溫度，具體測量結(jié)果如圖2所示，其高溫傳感器靈敏度能達到0.0082-0.012nm/℃。

以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，但本發(fā)明的技術(shù)特征并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發(fā)明的專利范圍之中。