[發明專利]雙包層光纖溫度傳感器

無效

• 申請號: 200910037116.1
• 申請日: 2009-02-09
• 公開（公告）號: CN101482433A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 張小康;葉曉靖
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種利用光纖遠距離溫度傳感的器件，特別涉及一種利用雙包層光纖結構的溫度傳感方法及其在溫度報警方面的應用。

背景技術

光纖溫度傳感器由于具有抗電磁干擾能力強、絕緣性能好等獨特優勢，它已成為傳感技術的一個主導方向之一。光纖溫度傳感器采用的檢測技術主要有：干涉測量法、喇曼散射、布里淵散射、布拉格光柵和熒光測量法。干涉測量法中，目前應用最廣的是法布里-泊羅光纖溫度傳感器，但傳感器輸出光強信號十分微弱，因此需要代價很高的信號采集與處理技術；采用Mach-Zehnder結構的干涉測量法，對傳感器制作工藝要求高。基于喇曼散射和布里淵散射的分布式光纖溫度傳感技術、基于布拉格光柵和熒光測量法的光纖溫度傳感技術中，都需要對傳感器數據進行還原和融合，不能直接解釋傳感數據，使得解調信號成本很高。總之，應用成本高是導致光纖溫度傳感器不能廣泛應用的主要原因之一。光纖溫度傳感器在消防安全方面的一個重要用途，是在石油的生產、加工和儲存、變電所或大型變壓器內部等場所的溫度傳感與報警。因此，提供一種制作成本低、解調信號成本低的光纖溫度傳感器是非常有必要。

發明內容

本發明的目的是提供一種結構簡單、制作與解調信號的成本低廉、可實現遠距離監測的光纖溫度傳感器。

本發明的目的通過下述技術方案實現：雙包層光纖溫度傳感器，包括階躍型光纖上一段由纖芯、內包層和外包層組成的雙包層傳感段以及固定外包層的裝置，所述內包層是階躍型光纖的原有包層被部分腐蝕掉而形成的；所述外包層是用聚合物材料涂覆在所述內包層上而形成的；所述固定外包層的裝置，是玻璃槽、槽形陶瓷片、或者是用金屬絲繞成的螺線管。

本發明的作用原理是：當內包層厚度小于，或者等于光波在階躍型光纖的纖芯與內包層界面上的貫穿深度時，外包層材料折射率的變化，將影響纖芯內光波的傳輸損耗。當環境溫度變化時，傳感段上外包層材料的折射率將隨之變化，從而引起纖芯內光束的傳輸損耗發生變化。通過探測光束傳輸損耗的變化，實現對環境溫度的檢測。

聚合物材料通常具有負熱光系數，當環境溫度升高，使外包層材料的折射率減小至接近或者等于內包層材料的折射率時，經過傳感段的傳輸光束的功率將從衰減極大變化到衰減極小。當外包層材料的熱光系數等于0.0003，內包層外徑為12um時，環境溫度變化10℃可以使傳輸光束的損耗變化范圍達到-50分貝(dB)。這種陡峭的光功率衰減特性可以實現溫度報警功能。因此，本發明特別可應用于溫度報警。

本發明相對于現有的光纖溫度傳感技術具有如下的優點及效果：(1)可靠性高、重復性好。因其對溫度的敏感來源于材料的熱光特性；(2)結構簡單、制作成本低；(3)傳感信號是光功率信號，在環境溫度從低溫接近或等于報警溫度之時，是光強信號接近或等于最大值之時。因此信號的采集和轉換技術成本低，不需要昂貴的儀器；(4)設計靈活。可以選擇不同的內包層外徑、光束波長和外包層材料，實現不同溫度范圍的高精度檢測，或者用于不同溫度點的報警；(5)具有一般光纖傳感器所共有的優勢，抗電磁干擾、絕緣性能好。因此，在石油的生產、加工和儲存、微波加熱治療、變電所和大型變壓器內部等場所的溫度傳感與報警方面具有不可替代的應用價值。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是圖1所示結構中的雙包層結構剖視圖。

圖3是實施例1針對1550nm波長的光功率衰減特性曲線圖。

圖4是實施例1針對1310nm和850nm波長的光功率衰減特性曲線圖。

圖5是實施例2～4針對1550nm波長的光功率衰減特性曲線圖。

圖6是實施例5～6針對1550nm波長的光功率衰減特性曲線圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1

本發明的結構如圖1和圖2所示，由圖1和圖2可見，階躍型光纖1采用康寧SMF-28e。光纖1中傳感段長度為圖示L，內包層外徑為圖示R。直徑為0.13mm的金屬絲繞成螺線管2，其螺距D為0.3mm，其內徑稍大于光纖1的外徑，使光纖1剛能穿過其中，其長度大于L，本實施例中取9mm。外包層3采用道康寧公司生產的聚合物材料OE-4110，其熱光系數等于0.0003，在22℃溫度上對1554nm波長的折射率為1.4600。使用武漢光訊科技股份有限公司的臺式穩定化光源和臺式光功率計，數字電子溫度傳感器，檢測了傳輸光束經過傳感段后光功率損耗隨溫度的變化。