[發明專利]一種基于涂覆微納光纖進行溫度測量的裝置及方法

有效

• 申請號: 201310038550.8
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103148956A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 宋章啟;衛正統;張學亮;陽明曄;陳宇中;孟州
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

技術領域

本發明涉及一種基于涂覆微納光纖進行溫度測量的裝置和方法。

背景技術

隨著工業自動化程度的提高及連續生產規模的擴大,對溫度參數測量的提出了更多、更高的要求。目前,普遍采用的熱電偶很難實現對溫度準確地測量。這種接觸式測量也難以保證溫度場的原有特征,易引起誤差。而且金屬熱電偶必須接觸被測物體,所以損壞快,增加了成本。光導纖維技術的發展,為非接觸測溫技術在工業生產中的應用提供了有利的前提條件，解決了許多熱電偶和常規紅外測溫儀無法解決的問題。它具有抗電磁干擾、耐高溫、抗腐蝕、小型化等優點,適用于傳統溫度傳感器難以勝任的某些惡劣環境下的溫度測量，尤其適用于油庫等易燃、易爆危險環境的溫度檢測，在科研、工業特別是國防等領域中有著巨大的應用潛力。

現有的基于光纖的溫度測量方法主要有以下三種：

（1）輻射測溫法。該方法分為全輻射測溫、單輻射測溫及多波長測溫。全輻射測溫通過測量全波段的輻射能量而得到溫度。但是由于周圍背景的輻射、介質吸收率的變化和輻射率的預測都會給測量帶來困難,因此難于實現較高的精度。單輻射測溫法所選波段越窄越好,可是帶寬過窄會使探測器接收的能量變得太小,從而影響其測量準確度。多波長輻射測溫法是一種很精確的方法,但工藝比較復雜,且造價高,推廣應用有一定困難。

（2）基于拉曼散射或布里淵散射的溫度傳感方法。光纖背向散射溫度測量系統是用于實時測量空間溫度場分布的傳感系統。在系統中,光纖既是傳輸媒體也是傳感媒體。利用光纖反Stokes背向散射的溫度效應,光纖所處空間各點溫度場調制了光纖中傳輸的光載波;經解調,將空間溫度場的信息實時顯示出來。它是特殊的光纖通信網絡。由光纖中光的傳播速度和背向光回波的時間,對所測溫度點定位,它又是一個典型的光纖激光溫度雷達系統。但該方法需要較復雜的系統結構，以及信號調制、解調技術。

（3）基于光纖光柵的溫度傳感方法。光纖光柵溫度傳感器是利用光纖材料的光敏性在光纖纖芯形成的空間相位光柵來進行測溫的。當光纖光柵所處溫度發生變化時，其反射波長將發生變化。光纖光柵以波長為編碼，具有傳統傳感器不可比擬的優勢，已廣泛用于建筑、航天、石油化工、電力行業等。光纖光柵溫度傳感器主要有Bragg光纖光柵溫度傳感器和長周期光纖光柵傳感器。Bragg光纖光柵是指單模摻鍺光纖經紫外光照射而形成的全新光纖型Bragg光柵，光纖纖芯折射率呈現周期性分布條紋并產生Bragg光柵效應，其基本光學特性就是以共振波長為中心的窄帶光學濾波。但是光纖光柵不僅對溫度敏感，而且對應力敏感，存在溫度、應力交叉敏感的難題。

微納光纖是直徑為微米或亞微米量級的光波導纖維，具有強約束能力、大倏逝場、強非線性效應及易于與普通單模光纖連接的優異特性。在光纖傳感領域有很廣的應用前景。

發明內容

為了克服上文中光纖溫度傳感遇到的技術難題，本發明提供了一種基于微納光纖的溫度測量裝置。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案是，一種基于微納光纖進行溫度測量的裝置，包括激光發生裝置、微納光纖和信號光電探測器，所述的激光發生裝置的輸出端通過微納光纖連接信號光探測器。

所述的一種涂覆基于微納光纖進行溫度測量裝置，還包括用于將激光發生裝置所發射的激光分路為兩路的光纖耦合器和參考光探測器，所述的光纖耦合器的輸入端連接激光發生裝置，光纖耦合器的兩個輸出端的其中一個輸出端連接微納光纖后，再連接至信號光探測器，光纖耦合器的另一個輸出端通過單模光纖連接至參考光探測器。

所述的一種基于涂覆微納光纖進行溫度測量的裝置，所述的激光發生裝置包括激光器和光纖隔離器，所述的激光器的輸出端經光纖隔離器連接至光纖耦合器的輸入端。

所述的一種基于涂覆微納光纖進行溫度測量的裝置，所述的微納光纖直徑為1微米-10微米。

所采用的涂覆材料可選用純水、特氟龍、酒精、純鋁、氟化鎂等，上述的幾種物質，前三種為液態，后兩種為固態，其共同特點是（1）折射率實部小于光纖的折射率實部1.46，（2）折射率虛部小于0，即對光纖中的傳輸光有吸收作用。對應于固態物質，可以使用鍍膜的方法在微納光纖表面就行涂覆，對于液態的純水，酒精要進行封裝，避免揮發，對于液態的特氟龍，直接涂覆后自己會固化。

一種基于涂覆微納光纖進行溫度測量的方法，包括以下步驟：

步驟一：將直徑為125微米的普通單模光纖拉制成為直徑為1微米-10微米的微納光纖，并用特殊材料進行涂覆。

步驟二：將激光發生裝置所發生的激光作為信號光連接微納光纖；