[實用新型]基于無芯光纖布拉格光柵高溫傳感裝置

有效

• 申請號: 201621192092.9
• 申請日: 2016-11-06
• 公開（公告）號: CN206161191U
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 陳達如;李海濤;王曉亮;折麗娟;強則煊
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司33272
• 代理人: 王佳健

技術領域

本實用新型涉及溫度傳感領域，具體涉及一種基于無芯光纖布拉格光柵高溫傳感裝置。

背景技術

傳統傳感器一般分為電傳感器、機械傳感器，電傳感器容易受熱源、光源干擾，受電磁干擾明顯；機械傳感器由于放大和指示環節多為機械傳動，不僅受間隙影響，而且慣性大，固有頻率低只宜用于檢測緩變或靜態測量，缺點是彈性形變不易大。而新型的無芯光纖傳感器具有抗腐蝕能力強，不受電磁干擾，信號傳輸距離長，具有多點復用和分布式傳感的能力，十分適用于復雜惡劣的工業現場，因而倍受青睞。

目前已經有多種光纖溫度傳感器，其中發展較為成熟的是基于普通單模光纖的光纖布拉格光柵溫度傳感器，主要利用光纖布拉格光柵反射波長和溫度成線性關系的特征。基于普通單模光纖的光纖布拉格光柵在高溫情況下會出現“漂白效應”，維持光纖布拉格光柵特征的折射率調制將因為高溫而消失，因此在基于普通單模光纖的光纖布拉格光柵僅能適用于溫度小于400度的溫度傳感。普通I型光纖布拉格光柵在200～300℃時開始退化，布拉格光柵在高溫下很容易擦除，在700℃左右被完全擦除，目前一般布拉格光柵的應用溫度在600℃以下，對于800℃及其800℃以上的溫度，一般布拉格光柵則不能進行傳感。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本實用新型提出了一種基于無芯光纖布拉格光柵的高溫傳感裝置。

本實用新型解決技術問題所采取的技術方案：

本實用新型包括一個高穩定寬帶光源，一套環形器，一個無芯光纖布拉格光柵，一臺光譜儀；高穩定寬帶光源的輸出端口和環形器的第一端口光纖連接；光譜儀的輸入端口和環形器的第二端口光纖連接；環形器第三端口和一個無芯光纖布拉格光柵連接；所述的無芯光纖布拉格光柵由飛秒激光器在無芯光纖上逐點刻寫形成，該光柵以無芯光纖本體作為纖芯，周邊空氣充當包層構成波導。

進一步說，所述的無芯光纖布拉格光柵在每個光柵周期中，刻寫的長度為5微米至50微米，寬度為1微米至5微米，刻寫的深度為1微米至10微米。

本實用新型利用高穩定寬帶光源發出波長為1500nm至1600nm的寬譜光，進入環形器，沿著環形器連接頭處進入無芯光纖布拉格光柵里面又被反射回光譜儀，通過光譜儀進行觀察反射光的波峰；外界溫度的改變會引起光纖布拉格光柵折射率改變，進而體現在光譜儀上光譜的漂移，通過計算光譜中波長隨溫度漂移量進而感知外界高溫，高溫傳感器靈敏度為0.0082-0.012nm/℃，具有簡單、方便、穩定、響應速度快、實時在線測量、準確率高的優點。

附圖說明

圖1a為本實用新型所使用的裝置示意圖；

圖1b為本實用新型所使用的無芯光纖布拉格光柵裝置示意圖；

圖2為本實用新型實施例中的溫度傳感測試結果圖。

具體實施方式

如圖1a所示，本實用新型包括：高穩定寬帶光源1、光譜儀2、環形器3、無芯光纖布拉格光柵4。設計一個光路圖，由高穩定寬帶光源1發出光，入射到環形器3輸入端里面，環形器3另一端接無芯光纖布拉格光柵4，返回的光再入射到光譜儀2上。

選擇一個無芯光纖布拉格光柵，由飛秒激光器在無芯光纖上逐點刻寫形成的一個長度為2-5mm，帶有布拉格光柵高溫傳感器件；選擇一個輸出波長覆蓋1500nm至1600nm高穩定寬帶光源、一個工作波長覆蓋1500nm至1600nm的光譜儀、一個環形器；

將高穩定寬帶光源1的輸出端口和環形器3的第一端口光纖連接；將光譜儀2的輸入端口和環形器3的第二端口光纖連接；將環形器3第三端口和一個無芯光纖布拉格光柵4連接；組成帶有無芯光纖布拉格光柵高溫測量的部件包括一段單模光纖和一段無芯光纖，其制作步驟如下：將單模光纖的輸出端口和無芯光纖的輸入端口以光纖熔接方式連接；利用飛秒激光器在無芯光纖上逐點刻寫布拉格光柵，形成一個長度為2-5mm、帶有無芯光纖布拉格光柵4的高溫傳感器件；其中無芯光纖布拉格光柵由電腦編制程序控制飛秒激光進行刻寫。圖1b所示布拉格光柵，長度L為5-50微米，寬度d為1-5微米，刻寫深度h為1-10微米。

將光纖高溫傳感頭置入需要測量溫度的環境中。開啟高穩定寬帶光源1，當寬帶光經過環形器3進入無芯光纖布拉格光柵，其中部分光被無芯光纖布拉格光柵反射回的，再經過環形器返回光譜儀；由無芯光纖布拉格光柵反射回的光，其反射峰峰值對應的波長為

λ0＝2n_effΛ (1)