[發明專利]一種單晶光纖熒光溫度傳感器探頭及其制備方法

無效

• 申請號: 201110139415.3
• 申請日: 2011-05-27
• 公開（公告）號: CN102297733A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 葉林華;吳月霞;鄧湘元
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

技術領域

本發明涉及一種單晶光纖熒光溫度傳感器探頭及其制備方法，屬于光纖溫度傳感器領域。

背景技術

????在工業生產和科研中為了保證產品質量和設備的安全運行往往需要對溫度﹑壓力等參數進行精確測量和控制。但普通的熱電偶等測溫傳感器難以使用于強電磁干擾下的溫度測量。光纖傳感器本質上具有抗電磁干擾等重要的性能，因此非常適合各種強電磁干擾條件下的參數測量。

熒光型光纖溫度傳感器的基本工作原理為在一定條件下，熒光發射體的熒光強度﹑熒光壽命﹑熒光發射光譜強度比例變化與所處環境溫度相關，通過檢測熒光發射體的熒光強度﹑熒光壽命與熒光光譜強度比例的變化等可知熒光發射體所處環境溫度。因此各種熒光材料可應用于溫度等參數傳感測量。

通常熒光型光纖溫度傳感器的基本結構為作為傳感元件的熒光發射體置于傳導用Y型石英光纖的端部，從Y型傳導光纖一端導入的脈沖激發光使熒光發射體產生熒光發射，該熒光信號由Y型光纖另一端導出，由光電探測器接收并放大后由信號處理電路得到其熒光信號。根據熒光信號與溫度的對應關系，即可得到作為傳感頭的熒光發射體處的工作溫度。一般要求作為傳感用的熒光發射體具有以下條件：具備良好的物理化學性能、易于實現在合適波段上的強熒光發射、確定的熒光溫度特性等。目前用作溫度傳感用熒光發射體的主要有各類單晶體，如紅寶石（Cr³⁺:Al₂O₃）、釔鋁石榴石（Nd³⁺:YAG）和熒光玻璃等。

一般來說溫度對熒光發射體的熒光強度﹑熒光壽命﹑熒光發射光譜比例都有一定的影響，因此可以分別制成基于熒光強度、熒光壽命或熒光光譜比例等的熒光溫度傳感系統。但是普通的基于石英光纖的熒光溫度傳感頭，需要使用將光纖與熒光材料連接的固定裝置，在連接處存在光學端面反射等損耗，此外，受石英光纖本身工作溫度和機械強度等限制，難以在更高溫度下使用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種單晶光纖熒光溫度傳感器探頭及其制備方法。

為實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：該單晶光纖熒光溫度傳感器探頭由單晶光纖與熒光光纖探頭直接生長為一體。

進一步地，本發明所述單晶光纖熒光溫度傳感器探頭，其特征在于：所述單晶光纖的材料為Al₂O₃或Y₃Al₅O₁₂。

本發明單晶光纖熒光溫度傳感器探頭的制備方法如下：使用附著方法在清潔的單晶源棒一端附上一層熒光氧化物，接著將附著了熒光氧化物的單晶源棒安裝到激光加熱基座法生長裝置的源棒夾具中，并將單晶光纖籽晶安裝到激光加熱基座法生長裝置的籽晶夾具中；將兩束CO₂激光束聚焦到單晶源棒的頂端，待單晶源棒的頂端熔化形成穩定熔區后，將所述籽晶夾具中的單晶光纖籽晶點入單晶源棒頂端的所述熔區而形成單晶光纖生長熔區；接著將單晶光纖籽晶以提拉速度V_f向上提拉，同時將單晶源棒以饋送速度V_s向上饋送，從而生長出單晶光纖，單晶光纖提拉速度V_f與單晶源棒饋送速度V_s滿足以下關系：

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式中，D_f、D_s?分別為生長出的單晶光纖直徑和單晶源棒直徑；

????當單晶源棒上附著的熒光氧化物饋送進入到單晶光纖生長熔區后，生長出的單晶光纖摻入了用于熒光溫度傳感的熒光離子而在單晶光纖上生長出熒光光纖探頭，得到所述單晶光纖熒光溫度傳感器探頭。

進一步地，本發明所述單晶光纖的直徑為100μm～1000μm。

進一步地，本發明所述熒光氧化物為過渡離子氧化物或稀土離子氧化物。

進一步地，本發明所述附著方法為涂敷或蒸鍍。