[實(shí)用新型]一種由純石英材料構(gòu)成的高靈敏度光纖高溫傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201922286503.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN211452647U
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董小鵬;雷雪琴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K11/32
• 分類號(hào): G01K11/32;G02B6/255
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 張素斌

一種由純石英材料構(gòu)成的高靈敏度光纖高溫傳感器，涉及高溫檢測(cè)領(lǐng)域，包括空芯光子晶體光纖，所述空芯光子晶體光纖為純石英材質(zhì)制成；空芯光子晶體光纖的一端熔接單模光纖，空芯光子晶體光纖的另一端通過電弧放電形成氣孔塌陷的微小純石英固體尖端，所述單模光纖與空芯光子晶體光纖之間形成有熔接面，該熔接面分別與純石英固體尖端區(qū)域的兩端面形成兩個(gè)共振腔，以此產(chǎn)生Vernier效應(yīng)，所述兩個(gè)共振腔的腔長差通過純石英固體尖端的尺寸調(diào)控。具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)緊湊、制作簡單、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在高溫檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及高溫檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種由純石英材料構(gòu)成的高靈敏度光纖高溫傳感器。

背景技術(shù)

光纖高溫傳感器相比于傳統(tǒng)的電學(xué)類產(chǎn)品具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，然而傳統(tǒng)的芯區(qū)摻雜的光纖應(yīng)用于高溫檢測(cè)時(shí)，纖芯摻雜離子(如鍺、硼、磷等)在高溫下不穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散，改變光纖的傳輸特性，而由無摻雜純石英材料制成的光子晶體光纖(PCF，photonic crystalfiber)，可以在更高的溫度環(huán)境(1000℃)下保持穩(wěn)定，已被用于高溫傳感測(cè)量[1]。但采用單段傳感光纖的干涉光譜波長檢測(cè)方案靈敏度較低，而通過級(jí)聯(lián)兩個(gè)光譜周期接近的干涉儀可以基于Vernier效應(yīng)提高傳感器波長檢測(cè)的靈敏度。在文獻(xiàn)[1]中，基于簡化的Vernier效應(yīng)，作者通過一段空芯光纖級(jí)聯(lián)一段普通單模光纖將靈敏度放大倍數(shù)提高至133.29。但由于傳感結(jié)構(gòu)使用了普通摻雜的單模光纖，其最大的測(cè)量溫度限制在1050℃。

文獻(xiàn)[1]P.Zhang et al.,“Simplified Hollow-Core Fiber-Based Fabry–PerotInterferometer With Modified Vernier Effect for Highly Sensitive High-Temperature Measurement,”IEEE Photonics J.,vol.7,no.1,pp.1–10,Feb.2015.

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提供一種由純石英材料構(gòu)成的高靈敏度光纖高溫傳感器，具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)緊湊、制作簡單、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在高溫檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種由純石英材料構(gòu)成的高靈敏度光纖高溫傳感器，包括空芯光子晶體光纖，所述空芯光子晶體光纖為純石英材質(zhì)制成；空芯光子晶體光纖的一端熔接單模光纖，空芯光子晶體光纖的另一端通過電弧放電形成氣孔塌陷的微小純石英固體尖端。

所述單模光纖與空芯光子晶體光纖之間形成有熔接面，該熔接面分別與純石英固體尖端區(qū)域的兩端面形成兩個(gè)共振腔，以此產(chǎn)生Vernier效應(yīng)，所述兩個(gè)共振腔的腔長差通過純石英固體尖端的尺寸調(diào)控。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型技術(shù)方案取得的有益效果是：

1、本實(shí)用新型是基于Vernier效應(yīng)的靈敏度增強(qiáng)的新型本征光纖FP干涉儀高溫傳感器，該高溫傳感器基于Vernier效應(yīng)的級(jí)聯(lián)腔，通過對(duì)熔接單模光纖的空芯PCF尖端簡單放電形成，所述高溫傳感器的傳感探頭由純石英材料制作，可應(yīng)用于1200℃的高溫檢測(cè)，而且利用Vernier效應(yīng)，靈敏度高。

2、本實(shí)用新型Vernier效應(yīng)的制作核心是使得兩個(gè)Vernier腔的光程差越小，靈敏度放大倍數(shù)則越高；Vernier效應(yīng)的級(jí)聯(lián)腔結(jié)構(gòu)，其光程差由光纖放電塌陷區(qū)域決定，因此通過光纖尖端簡單放電就能控制得到較小的光程差，無需通過準(zhǔn)確切割和熔接一段異種光纖來制得第二個(gè)Vernier腔以平衡與另一個(gè)Vernier腔的腔長差，因此大大減少制作的復(fù)雜性和實(shí)際應(yīng)用的操作難度。相比于其他使用類似PCF光纖但沒有利用Vernier效應(yīng)的光纖結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型制作的純石英結(jié)構(gòu)通過檢測(cè)反射譜包絡(luò)的移動(dòng)，將靈敏度提高14～57倍，其得到的靈敏度也高于許多其他緊湊型光纖溫度傳感器。