[實用新型]一種超高溫藍寶石光纖F-P溫度應變復合傳感器

有效

• 申請號: 201920480363.8
• 申請日: 2019-04-10
• 公開（公告）號: CN209689648U
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 童杏林;方定江;張翠;鄧承偉;許歐陽
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 張惠玲<國際申請>=<國際公布>=<進入

本實用新型涉及光纖傳感技術領域，特指一種超高溫藍寶石光纖F?P溫度應變復合傳感器，包括第一藍寶石單晶光纖、第二藍寶石單晶光纖、藍寶石晶片與兩端設有開口的藍寶石毛細管，第一藍寶石單晶光纖的傾斜端面與第二藍寶石單晶光纖的平整端面分別通過藍寶石毛細管的兩端開口插入到藍寶石毛細管腔體中，藍寶石晶片設于第一藍寶石單晶光纖的傾斜端面與第二藍寶石單晶光纖的平整端面之間，藍寶石晶片一側的平整端面與第二藍寶石單晶光纖的平整端面平行對準且不接觸，藍寶石晶片另一側與第一藍寶石單晶光纖的傾斜端面接觸。采用這樣的結構設置，可實現從室溫到1400℃的大范圍溫度測量，能滿足超高溫惡劣環境下的應變、溫度同時監測，測量靈敏度高、精度高。

技術領域

本實用新型涉及光纖傳感技術領域，特指一種超高溫藍寶石光纖F-P溫度應變復合傳感器。

背景技術

航空航天、石油化工等超高溫環境下的應變測量一直都是傳感探測領域的難點，惡劣的超高溫環境會影響傳統電類傳感器和測量儀表的性能，光纖傳感器具有結構簡單、抗電磁干擾、測量精度高、測量動態范圍大等特點，在超高溫環境下的應變監測中具有廣闊應用前景。目前常用于應變測量的光學法布里-珀羅(Fabry–Pérot,F-P)傳感器和光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)傳感器存在溫度應變交叉敏感、測量量程有限和1400℃以上超高溫環境下材料機械強度下降等問題，很大程度上制約了超高溫領域光纖傳感技術的發展。

由于藍寶石單晶(Al₂O₃)熔化溫度為2053℃，具有高強度、高硬度(為石英的7倍)、高抗磨損性、高耐熱性、高抗腐蝕性、高化學惰性、高熱傳導性。單晶藍寶石光纖天然的耐高溫特性使其經過一定封裝增加機械強度后可長期應用于1400℃以上的超高溫環境中，是超高溫應變測量的極佳選擇。基于藍寶石晶片的光纖溫度傳感器具有從紫外到遠紅外區域的寬透明度，被證明是監測超高溫度的理想設備。

目前，已有基于石英光纖的EFPI/FBG復合傳感器，其結構實質是EFPI應變傳感器與耐高溫FBG傳感器的復用，僅能滿足600℃以下的溫度和應變的同時監測。能適用于1400℃超高溫環境下應變、溫度同時監測的光纖傳感器尚屬空白。

發明內容

針對現有技術的不足，本實用新型提供了一種超高溫藍寶石光纖F-P溫度應變復合傳感器，第一藍寶石單晶光纖、第二藍寶石單晶光纖、藍寶石晶片和藍寶石毛細管本身的材質選用Al₂O₃，本身具有耐高溫性能，第二藍寶石單晶光纖平整端面與藍寶石晶片平整端面之間的空氣腔形成非本征型光纖法布里-珀羅干涉儀結構，可對大量程范圍應變進行實時監測，可實現從室溫到1400℃的大范圍溫度測量，能滿足超高溫惡劣環境下的應變、溫度同時監測，測量靈敏度高、精度高。

為了實現上述目的，本實用新型應用的技術方案如下：

一種超高溫藍寶石光纖F-P溫度應變復合傳感器，包括第一藍寶石單晶光纖、第二藍寶石單晶光纖、藍寶石晶片與兩端設有開口的藍寶石毛細管，第一藍寶石單晶光纖的傾斜端面與第二藍寶石單晶光纖的平整端面分別通過藍寶石毛細管的兩端開口插入到藍寶石毛細管腔體中，藍寶石晶片設于第一藍寶石單晶光纖的傾斜端面與第二藍寶石單晶光纖的平整端面之間，藍寶石晶片一側的平整端面與第二藍寶石單晶光纖的平整端面平行對準且不接觸，藍寶石晶片另一側與第一藍寶石單晶光纖的傾斜端面接觸。

進一步而言，所述第一藍寶石單晶光纖的傾斜端面采用在原平整端面上經研磨與光纖徑向形成5°～10°的傾斜角。

進一步而言，所述第一藍寶石單晶光纖、第二藍寶石單晶光纖和藍寶石晶片分別與藍寶石毛細管的內腔以CO₂激光焊接的方式連接或通過無機耐高溫膠膠粘方式連接，第二藍寶石單晶光纖的另一端面經過激光開有小孔，且小孔孔徑小于4μm。