基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于：由寬帶光源(1)、第一光纖束腰(2)、氧化石墨烯薄膜(3)、第二光纖束腰(4)和光譜分析儀(5)組成；氧化石墨烯分散液經(jīng)過(guò)干燥處理，均勻鍍?cè)诘谝还饫w束腰(2)和第二光纖束腰(4)以及中間光纖區(qū)域的表面上，形成氧化石墨烯薄膜(3)；氧化石墨烯薄膜(3)的厚度為1～20nm；第一光纖束腰(2)左端與寬帶光源(1)連接，第一光纖束腰(2)右端與第二光纖束腰(4)左端連接，第二光纖束腰(4)右端與光譜分析儀(5)連接。本發(fā)明利用了氧化石墨烯薄膜具有機(jī)械強(qiáng)度大和導(dǎo)熱系數(shù)高的特性，鍍有氧化石墨烯薄膜光纖傳感器，既不會(huì)影響其對(duì)溫度的靈敏度，同時(shí)也可以極大增強(qiáng)該傳感頭的機(jī)械強(qiáng)度，延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明提出了一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨烯是一種新型的二維碳納米材料，具有比表面積大、導(dǎo)熱系數(shù)高、機(jī)械強(qiáng)度大 等優(yōu)良性能。作為石墨烯最重要的衍生物一氧化石墨烯，在保留著石墨烯眾多特性的同時(shí)， 其表面豐富的含氧官能團(tuán)使得其有著良好的親水特性，可以穩(wěn)定的分散于水溶液中。氧化 石墨烯水溶液具有易成膜的特性，且技術(shù)手段簡(jiǎn)單，利用這一特性，可以將氧化石墨烯分散 液干燥處理，從而在光纖傳感器的側(cè)表面鍍不同厚度的氧化石墨烯薄膜。氧化石墨烯薄膜 機(jī)械強(qiáng)度大，因此制得的光纖傳感器具有更強(qiáng)的韌性，更不易折斷;較高的導(dǎo)熱系數(shù)，將不 會(huì)影響光纖傳感器對(duì)溫度的靈敏度。
[0003] 馬赫-曾德?tīng)?Mach-Zehnder，M-Z)干涉型光纖傳感器通過(guò)采用干涉測(cè)量法產(chǎn)生相 位調(diào)制以便獲得較高的靈敏度和分辨率，該原理已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種光纖傳感器中來(lái)監(jiān) 測(cè)各類(lèi)外界環(huán)境的變化，比如:溫度、液體折射率，壓力等。同時(shí)，光纖傳感器還具有:頻帶 寬;不受電磁干擾;體積很小;損壞閾值高等優(yōu)點(diǎn)，因此其發(fā)展前景相當(dāng)廣闊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，將經(jīng)過(guò)干燥 處理的氧化石墨烯分散液均勻的鍍?cè)趦蓚€(gè)相同光纖束腰之間的光纖側(cè)表面，從而形成一種 新型的鍍有氧化石墨烯薄膜的光纖傳感器，氧化石墨烯薄膜具有高機(jī)械強(qiáng)度的特性，因此， 可以提高該傳感器的機(jī)械強(qiáng)度，延長(zhǎng)傳感器的壽命；同時(shí)該薄膜又具有導(dǎo)熱系數(shù)高的特性， 因此，不會(huì)影響到該傳感器對(duì)溫度的靈敏度。該傳感器具有結(jié)構(gòu)緊湊、制作技術(shù)簡(jiǎn)易，靈敏 度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] 本發(fā)明提供了一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于：由寬帶 光源（1)、第一光纖束腰(2)、氧化石墨烯薄膜(3)、第二光纖束腰(4)和光譜分析儀(5)組成； 氧化石墨烯分散液經(jīng)過(guò)干燥處理，均勻鍍?cè)诘谝还饫w束腰(2)和第二光纖束腰(4)以及中間 光纖區(qū)域的表面上，形成氧化石墨稀薄膜(3);氧化石墨稀薄膜(3)的厚度為1~20nm;第一 光纖束腰(2)左端與寬帶光源（1)連接，第一光纖束腰(2)右端與第二光纖束腰(4)左端連 接，第二光纖束腰(4)右端與光譜分析儀(5)連接。
[0007] 所述的一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于:第一光纖束腰 (2)和第二光纖束腰(4)之間的距離為10~30mm。
[0008] 所述的一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于:第一光纖束腰 (2)和第二光纖束腰(4)長(zhǎng)度為120~150μπι，直徑為150~180μπι。
[0009] 本發(fā)明的工作原理是：
[0010] 入射光在經(jīng)過(guò)光纖束腰(2)時(shí)，部分在光纖纖芯中傳播的光會(huì)被耦合到光纖包層 中，激發(fā)出在包層中傳播的包層模，剩余的光將作為纖芯模繼續(xù)沿纖芯向前傳播;光纖束腰 (4)可以將包層中傳播的部分包層模重新耦合到纖芯中，從而與纖芯模形成MZIJZI兩個(gè)干 涉臂的物理長(zhǎng)度相同，但由于包層和纖芯的有效折射率不一樣，從而形成光程差。纖芯模和 包層模滿足的相位匹配條件表達(dá)式為：
[0011]
⑴
[0012] 其4
、別表示纖芯有效折射率和第i個(gè)包層模的有效折射率，λ為入 射光波長(zhǎng)，d為光纖束腰(2)和光纖束腰(4)之間的距離，表示纖芯有效折射率和第i個(gè) 包層模的有效折射率的差值。（1)式中兩個(gè)相鄰干涉極小的波長(zhǎng)間隔為：
[0013]
(2)
[0014] 其中d是一定值，當(dāng)外界的溫度變化時(shí)，會(huì)引起ΔΛ&的變化，則Δ λ也隨之改變，最 終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)為干涉峰所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)發(fā)生漂移。由此，根據(jù)測(cè)出的波長(zhǎng)漂移量，再和開(kāi) 始定標(biāo)的量對(duì)比，就可以測(cè)得當(dāng)前溫度的值。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用了氧化石墨烯薄膜具有機(jī)械強(qiáng)度大和導(dǎo)熱系數(shù) 高的特性，鍍有氧化石墨烯薄膜光纖傳感器，既不會(huì)影響其對(duì)溫度的靈敏度，同時(shí)也可以極 大增強(qiáng)該傳感器的機(jī)械強(qiáng)度，延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器特征裝置示意圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明的光纖傳感器處于不同溫度下的干涉光譜變化實(shí)驗(yàn)圖；
[0018]圖3是本發(fā)明的溫度靈敏度擬合曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0020] 參見(jiàn)附圖1，基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于：由寬帶光源 (1)、第一光纖束腰(2)、氧化石墨烯薄膜(3)、第二光纖束腰(4)和光譜分析儀(5)組成;氧化 石墨烯分散液經(jīng)過(guò)干燥處理，均勻鍍?cè)诘谝还饫w束腰(2)和第二光纖束腰(4)以及中間光纖 區(qū)域的表面上，形成氧化石墨稀薄膜(3);氧化石墨稀薄膜(3)的厚度為1~20nm;第一光纖 束腰(2)左端與寬帶光源（1)連接，第一光纖束腰(2)右端與第二光纖束腰(4)左端連接，第 二光纖束腰(4)右端與光譜分析儀(5)連接。
[0021] 光纖束腰(2)和(4)都是采用型號(hào)為:Fujikura FSM-100P的光纖熔接機(jī)制作，程序 設(shè)置利用的是光纖熔接機(jī)的特殊功能，通過(guò)控制馬達(dá)移動(dòng)速度、電極棒放電強(qiáng)度和時(shí)間來(lái) 控制形成的光纖束腰(2)和(4)的直徑和長(zhǎng)度。切割光纖端面，熔接光纖束腰(2)和(4)時(shí)采 用單模-單模的標(biāo)準(zhǔn)熔接程序。
[0022] 圖2為鍍有氧化石墨烯薄膜的光纖傳感器在不同溫度條件下時(shí)的干涉光譜變化實(shí)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于：由寬帶光源（1)、第一光纖束 腰(2)、氧化石墨烯薄膜(3)、第二光纖束腰(4)和光譜分析儀(5)組成;氧化石墨烯分散液經(jīng) 過(guò)干燥處理，均勻鍍?cè)诘谝还饫w束腰(2)和第二光纖束腰(4)以及中間光纖區(qū)域的表面上， 形成氧化石墨烯薄膜(3);氧化石墨烯薄膜(3)的厚度為1~20nm;第一光纖束腰(2)左端與 寬帶光源（1)連接，第一光纖束腰(2)右端與第二光纖束腰(4)左端連接，第二光纖束腰(4) 右端與光譜分析儀(5)連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于:第 一光纖束腰(2)和第二光纖束腰(4)長(zhǎng)度為120~150μπι，直徑為150~180μπι。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于氧化石墨烯薄膜的光纖溫度傳感器，其特征在于:第 一光纖束腰(2)和第二光纖束腰(4)之間的距離為10~30_。
【文檔編號(hào)】G01K11/32GK105841838SQ201610160879
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日
【發(fā)明人】王友清, 沈常宇, 樓偉民, 申屠鋒營(yíng), 包立峰, 劉樺楠, 魏健
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量學(xué)院