[發明專利]花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器及制作方法

有效

• 申請號: 202010030060.3
• 申請日: 2020-01-12
• 公開（公告）號: CN111122006B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 沈濤;李冰;馮月
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器及制作方法，屬于光纖傳感領域。溫度傳感器包括ASE光源、光纖環形器、溫度傳感頭、光譜儀。信號光由ASE光源經光纖環形器傳輸至溫度傳感頭，在溫度傳感頭中，信號光經金屬鋁膜反射，二次經過單模?拉錐多模?單模光纖結構，且借助單球微納結構形成強干涉，并以基模形式向外傳輸，最后信號光由溫度傳感頭經光纖環形器傳送至光譜儀。傳感器借助制備的花狀ZnO/石墨烯溫度敏感材料和強干涉光纖結構，使傳感器干涉譜因溫度變化而產生較大漂移。通過漂移量可測量對應溫度變化。本發明將敏感材料和特殊的干涉型光纖結構結合，使光纖溫度傳感器成功實現高靈敏度、強穩定性、低成本的優越性能。

技術領域

本發明屬于光纖傳感器技術領域，具體涉及一種花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器及制作方法。

背景技術

溫度測量已遍布于人們生活的各個角落，光纖溫度傳感器作為溫度傳感器種類中的后起之秀，憑借著體積小、耐高溫、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強的諸多優勢，被廣泛應用。然而，隨著生產、生活的發展和進步，人們對傳感器的靈敏性能要求越來越高。

在光纖結構上的改良可以很好的提升傳感器靈敏性能。近些年，將敏感材料作為傳感介質，并同光纖結構相結合而成的光纖傳感器，在靈敏性、穩定性等方面均取得良好進展。此類光纖傳感器憑借諸多優點受到越來越多的青睞，在溫度傳感方面也是如此。因此，結合特殊的、擁有較強干涉效果的光纖結構，選擇性能更好的敏感材料，以實現光纖溫度傳感器溫敏性能的提升，更好的解決不同惡劣環境下溫度檢測問題具有重要意義。

發明內容

針對現有技術的缺陷以及改進需要，本發明提供了一種花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器及制作方法，其目的在于結合敏感材料制備方法，將新型的復合敏感材料同特殊的、擁有較強干涉效果的光纖結構相融合，并借助花狀ZnO/石墨烯材料的溫敏性能，制備出高靈敏度、強穩定性、低成本的光纖溫度傳感器，從而更好地解決一些惡劣環境下溫度檢測問題。

為達上述目的，本發明采用如下技術方案：

提供了花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器，其特征在于，它包括ASE光源(1)、光纖環形器(2)、溫度傳感頭(3)、光譜儀(4)。

所述的溫度傳感頭(3)內包含有一號單模光纖(3-1)、多模單球微納光纖(3-2)、花狀ZnO/石墨烯敏感材料(3-3)、二號單模光纖(3-4)、金屬鋁膜(3-5)。

所述的溫度傳感頭(3)以多模單球微納光纖(3-2)為溫敏區，多模單球微納光纖(3-2)包覆溫敏性花狀ZnO/石墨烯敏感材料(3-3)，并與一號單模光纖(3-1)和二號單模光纖(3-4)以光纖熔融連接的方式連接；

所述的溫度傳感頭(3)中，二號單模光纖(3-4)一端與多模單球微納光纖(3-2)熔融連接，另一端包覆金屬鋁膜(3-5)。

所述的多模單球微納光纖(3-2)是以多模光纖為主體，先制得多模微納光纖，再利用氫氧焰熔融拉錐后反向調節夾具的方法，在多模微納光纖拉錐處灼燒融球，從而形成該種結構。

所述的ASE光源(1)通過單模光纖與光纖環形器(2)連接，光纖環形器(2)通過單模光纖與溫度傳感頭(3)相連，光纖環形器(2)通過單模光纖與光譜儀(4)連接，且單模光纖與各器件之間采用光纖熔融連接的方式連接。

所述的花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器，其特征在于，所述的ASE光源(1)的輸出中心波長為1550nm，頻帶寬度為60nm。

所述的花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器，其特征在于，所述的溫度傳感頭(3)中花狀ZnO/石墨烯敏感材料(3-3)為溫度復合敏感材料。

所述的花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器，其特征在于，所述的溫度傳感頭(3)中多模單球微納光纖(3-2)與花狀ZnO/石墨烯敏感材料(3-3)結合采用的方法為滴涂法。