[發明專利]帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖及其制作方法

有效

• 申請號: 201410614616.8
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104316992B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 呂大娟;楊晨;張雅婷;曹蓓蓓;韋會峰;汪洪海
• 申請（專利權）人: 長飛光纖光纜股份有限公司
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G01D21/02;G01B11/16;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

本發明涉及一種帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖及其制作方法，屬于高度集成的大芯徑能量光纖跳線技術領域。

背景技術

作為激光器配套產品中用于傳導激光能量的核心部件，大芯徑能量光纖及其連接器的應用隨著激光器的發展得到廣泛普及，涵蓋了醫學、工業、國防、科研、商業、信息各大領域，尤其是在前四種領域中對大芯徑能量光纖的應用需求非常明顯。在大體積金屬切割、焊接及深加工、激光手術等特種應用中，要求大芯徑光纖能夠長時間穩定傳導平均功率為幾百到幾千瓦的激光能量，盡量減少能量損耗，從而保證最終輸出激光能量密度穩定在較高水平。

現有的大芯徑能量光纖及其連接器產品，主要是通過有膠或無膠工藝在大芯徑裸光纖兩端固定上金屬連接器，連接器的作用是連接并固定激光器和大芯徑光纖，使輸出光斑與光纖端面達到高效耦合。隨著激光器能量增大對耦合效率要求極高，連接器的加工精度和耐受溫度要求也越來越高，在實際產品應用中，受限于端面反射、加工精度低和裝配工藝復雜等原因，激光能量耦合效率僅能達到80%~90%，剩余能量會以熱能的形式傳導到大芯徑光纖連接器上，所以在超高能量輸出的激光器上應用的大芯徑光纖及其連接器需要配備水冷系統及溫度探頭，當連接器溫度超過設定范圍時將啟動報警系統并斷開激光器，以防止連接器過熱變形后破壞耦合光路，從而導致大能量反射光將激光器燒壞，甚至引起人員傷亡等重大事件。

一般大芯徑能量光纖在與超高功率激光器連接應用中必須在連接頭處安裝傳感探頭，因為技術難度大、精加工成本高，目前只有少數產品配備溫度探頭。為了減小體積、保證工作壽命及精度，同時避免引入額外熱源，所提供的大芯徑能量光纖連接器大多使用接觸式熱電偶溫度傳感器，由于受體積和安裝方式限制，該傳感器被鑲嵌在金屬連接器中，探測的是由端面反射及光纖熱傳導到連接器處的溫度變化，無法直接檢測大芯徑能量光纖的溫度變化。該類帶溫度監控的光纖連接器產品整體結構復雜、體積難以減小，加工難度大，同時傳感器靈敏度低，容易受到環境干擾信號和前置放大器溫度漂移的影響，這些綜合因素導致了大芯徑能量光纖及其連接器產品的制造成本提高，也極大的限制了其在超高功率激光器行業的推廣應用。

中國專利CN 202676426 U描述了一種帶監視點的玻璃大芯徑光纖，采用氫氟酸在光纖側面腐蝕一個缺口，用來安裝采集信號的光纖或光探測器，再通過屏蔽盒將器件前端及大芯徑光纖缺口封裝起來，其效果是監測點與待測大芯徑光纖在同一光纖上，提高光纖信息檢測的準確性，且其結構緊湊。但采用化學方法腐蝕大芯徑光纖側表面的工藝操作難度大，腐蝕面積和深度難以控制，不同監測點的缺口大小不同易造成監測數據基準不一、測量差異較大。

光纖布拉格光柵(簡稱FBG)傳感器的工作原理是溫度/應變變化導致光纖光柵布拉格中心波長的變化，通過測量波長變化得出待測的溫度/應力量。光纖光柵的Bragg 波長為

與傳統傳感器相比，因光纖光柵傳感器是基于光纖來制作，其具有很多特點，比如靈敏度高、體積小、重量輕、安全防爆、抗電磁干擾能力強、抗電磁干擾可應用于惡劣環境(沒有加入電磁過程)，信號傳輸距離遠（光纖中光衰減慢），使用壽命長等等優點。同時光纖光柵其本身的特點使得每個探點僅利用相當少的光源分量，絕大部分光都透過并繼續傳播，為組網帶來巨大便利。波分復用等技術的使用，也提高了這一技術的可行性。總的來說光纖光柵FBG傳感器非常適合做大范圍多節點的分布式測量，在系統監測中具有集成度與組網的優勢。因此，光纖光柵FBG傳感器越來越廣泛地受到各行各業的青睞，開始在市政交通、水利水電、隧道、橋梁、或石油石化等監控領域得到應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足，提供一種結構緊湊、集成度高、制作成本低的帶溫度和應變監測的大芯徑能量光纖及其制作方法。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

包括大芯徑能量光纖和傳感光纖，其特征在于所述的大芯徑能量光纖的包括裸光纖和包覆裸光纖外周面的耐高溫涂層，且大芯徑能量光纖的前端留有一段無耐高溫涂層的裸光纖，所述的傳感光纖的前端設置有至少2個相間隔的FBG光柵（光纖布拉格光柵），其中第一FBG光柵在前，第二FBG光柵在后，所述的第一FBG光柵和第二FBG光柵緊貼在大芯徑能量光纖前端裸光纖的外周面上，且第二FBG光柵包覆在大芯徑能量光纖的耐高溫涂層中。

按上述方案，所述的傳感光纖在第二FBG光柵后間隔設置第三FBG光柵，所述的第三FBG光柵緊貼在大芯徑能量光纖的耐高溫涂層的外周面上。