[發明專利]一種增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器的制作方法

無效

• 申請號: 200910010188.7
• 申請日: 2009-01-17
• 公開（公告）號: CN101476949A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 王曉娜;宋世德;于清旭
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G02B6/36
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，涉及一種光纖溫度傳感器的制作方法，特別涉及到一種增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器的制作方法。

背景技術

溫度測量中普遍采用的非電類溫度計是水銀溫度計，測量結果穩定，但不能實現計算機自動記錄數據。電子溫度傳感器能夠靈活的實現溫度測量和控制，在各類工控設備和電子儀表中應用較多：熱電偶能夠實現高溫測量，但精度不高，在冷端補償不佳的情況下測量不準確；鉑電阻測量精度高，但測量靈敏度較低，在導線補償不好的情況下測量結果不準確；熱敏電阻的溫度靈敏度高，但具有較大的非線性，且長期穩定性較差。此外，電子式溫度傳感器普遍存在易受電磁輻射干擾，長期穩定性差，不能實現遠距離信號傳輸等缺點。

非本征型F-P光纖傳感器是目前使用最為廣泛的一種光纖法-珀腔傳感器之一，典型結構是將兩根端面切平或拋光的光纖置入一根內徑與光纖包層直徑相匹配的準直毛細管中，兩根光纖端面和二者之間的空氣隙構成了一個非本征型的法-珀腔。非本征型F-P光纖傳感器具有制作工藝簡單，設計靈活，通過對光纖和準直毛細管的材料的選擇以及對加工參數的控制，可以調節測量靈敏度，消除參量間的交叉敏感性，實現對溫度、壓力和應變等物理量高靈敏度測量。

與傳統電子溫度傳感器相比，非本征F-P光纖溫度傳感器具有體積小、測量精度高、抗電磁干擾、長期穩定性好等優點，采用波長解調系統的非本征F-P光纖溫度傳感器基本不受光源功率波動和光纖擾動的影響，能夠用于長期測量和惡劣環境下溫度測量。

目前制作的非本征F-P光纖溫度傳感器基本采用玻璃光纖和毛細玻璃管，溫度增敏效果有限；將非本征F-P光纖溫度傳感器粘在金屬片或其它熱膨脹系數大的材料之上可以提高溫度靈敏度，但具有溫度響應慢、體積大等缺點，并且需要考慮熱應力對測量結果的影響。由于玻璃毛細管較薄，因此未做任何防護的非本征F-P光纖溫度傳感器容易受到外力的擠壓和剪切而破壞，在實際應用的過程中通常需要采用金屬管對其封裝，導致傳感器的外形尺寸較大，溫度響應速度慢，使原傳感器的優點不能充分展現。

傳統方法制作非本征F-P光纖傳感器時，需要先在光纖上切出平端面，或者通過研磨、拋光的方法得到平整的光纖端面，然后將完整的光纖平端面在顯微鏡下操作，插入內徑在130微米左右的毛細管中，在插入的過程中光纖平端面可能與毛細管壁擦碰，導致光纖端面不完整，另外光纖碎片隨著光纖的插入而進入毛細管中，當干涉腔的入射光纖和反射光纖分別從毛細管的兩側分別插入時，上述問題更為突出，對操作人員提出了很高的要求，得到干涉對比度好的傳感器比較困難；另外，切平或拋光的光纖平端面在操作的過程中也會各種原因導致光纖端面污損，使最終制作的非本征F-P光纖傳感器的干涉信號較差，影響腔長的精確解調；由于光纖從兩側插入，因此在毛細管的清洗、保存和操作的過程中必須小心謹慎，以防止管口和內管壁存留的灰塵隨著光纖的插入而進入干涉腔，影響干涉的對比度和傳感器的穩定使用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種溫度增敏的非本征F-P光纖傳感器的制作方法，簡化非本征F-P光纖溫度傳感器的制作，提高非本征F-P光纖溫度傳感器的干涉對比度、制作效率和溫度靈敏度，并具備體積小、結構簡單、溫度響應快的特點。

本發明的技術方案是，在裸光纖的表面通過刻痕的方法形成與裸光纖軸線正交的缺陷，并將帶有刻痕缺陷的裸光纖插入金屬毛細管中，調節刻痕缺陷在管中的位置；通過膠粘的方式將位于裸光纖末端一側的金屬毛細管端點與裸光纖固定在一起，對光纖的另外一端施加拉力，在刻痕缺陷處產生應力集中，當刻痕缺陷處的拉應力達到斷裂閾值時，裸光纖從刻痕缺陷處裂開，形成與光纖軸線垂直的平行解理面，兩個平行解理面與二者之間的空氣隙則構成了一個非本征F-P干涉腔；調節干涉腔的長度，通過膠粘的方式將金屬毛細管的另一端與裸光纖固定在一起，制作出增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器；根據需要在非本征F-P光纖溫度傳感器的尾纖上安裝護套進行保護。