[發明專利]一種藍寶石光纖高溫傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201410173812.6
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103913254B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 楊明紅;李冬文;黃楚佳;程蕓
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種藍寶石光纖高溫傳感器及其制作方法。

背景技術

近年來光纖傳感器在許多領域得到廣泛研究。因藍寶石光纖傳感器在煤氣爐和噴氣發動機等傳統傳感器無法完全解決的問題上具有巨大的應用潛力，藍寶石光纖溫度傳感研究已經吸引了大量的關注。已有多個基于藍寶石光纖傳感的例子。

比如，A.Wang等將藍寶石光纖與石英單模光纖端面進行熔接以形成本征F-P傳感，其制作的用于偏振測量的藍寶石光纖傳感器測量溫度高達1500℃；H.Xiao等制成用于溫度與應變測量的藍寶石氣隙傳感器；Y.Zhu等人以藍寶石晶片作為傳感元件附著在藍寶石光纖端面用于高溫測量，該種晶片傳感器具有很好的條紋可見度但藍寶石光纖與藍寶石晶片需采用機械粘接的方法進行固定，這與傳感器小型化趨勢相反。Grobnic等提出了一種用飛秒激光器刻光柵的藍寶石光纖光柵傳感器，由于藍寶石光纖本身具有多種模式，而布拉格光柵的性能高度依賴于在實際應用中不容易控制的模式激發條件，另一方面，用于惡劣環境傳感尤其是在有限空間(如噴氣發動機)的非入侵式的微型傳感器被人們給予了高度期望。

發明內容

本發明目的在于提供一種可以工作于高溫惡劣環境、體型微小成本低廉且測量準確可靠的藍寶石光纖高溫傳感器。

為達到上述目的，采用的技術方案如下：

一種藍寶石光纖探頭，由藍寶石光纖及在其一端依次涂覆的ZrO₂/Al₂O₃/ZrO₂薄膜組成；其中兩層ZrO₂膜的厚度相同，厚度在80-200nm之間，且ZrO₂膜與Al₂O₃膜的厚度比在8-50之間；所述藍寶石光纖的長度在50-100mm之間。

一種藍寶石光纖高溫傳感器，包括寬帶光源、耦合器、藍寶石光纖探頭、光譜儀和傳感光纖，所述寬帶光源和光譜儀通過傳感光纖與耦合器連接，耦合器通過傳感光纖與藍寶石光纖探頭連接；其中，所述藍寶石光纖探頭為末端面依次鍍有ZrO₂/Al₂O₃/ZrO₂薄膜的藍寶石光纖，藍寶石光纖的另外一端與多模光纖熔接共為傳感光纖；寬帶光源發出的光通過耦合器后進入傳感光纖中，到達藍寶石光纖探頭末端膜材料產生反射，通過光譜儀測量反射光譜，得到特征干涉光譜。

按上述方案，所述藍寶石光纖探頭的末端ZrO₂/Al₂O₃/ZrO₂薄膜中兩層ZrO₂膜的厚度相同，厚度在80-200nm之間，且ZrO₂膜與Al₂O₃膜的厚度比在8-50之間。

按上述方案，所述的藍寶石光纖探頭中藍寶石光纖的長度在50-100mm之間。

按上述方案，所述的傳感光纖芯徑105μm，藍寶石光纖芯徑105μm。

上述藍寶石光纖探頭的制作方法，包括以下步驟：

將藍寶石光纖端面依次在丙酮、乙醇和去離子水中超聲清洗；

采用南光真空鍍膜機在藍寶石光纖端面依次鍍ZrO₂/Al₂O₃/ZrO₂薄膜；

其中鍍膜時，采用純度為99.99wt％以上的膜料，充入O₂氣作為反應氣體；在1×10^-2Pa的真空下，開啟公轉與烘烤，烘烤溫度250℃～300℃，待烘烤溫度與真空穩定后開啟離子源20～30min，擋板處于關閉狀態下開始對膜料進行預熔，預熔完成后開啟擋板開始蒸鍍。

按上述方案，所述的藍寶石光纖探頭的制作方法還包括進行熱處理，其具體過程如下：

1)在400℃條件下保溫2小時，隨爐冷至室溫；

2)在600℃條件下保溫2小時，隨爐冷至室溫；

3)在800℃條件下保溫3小時，隨爐冷至室溫；

4)在1000℃條件下保溫3小時，隨爐冷至室溫；

5)在1200℃條件下保溫4小時，隨爐冷至室溫；

6)在1400℃條件下保溫4小時，隨爐冷至室溫。