[發明專利]基于增強型游標效應的高精度溫度傳感器

有效

• 申請號: 202110210067.8
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113008406B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 王驥;楊玉強;劉洺辛
• 申請（專利權）人: 廣東海洋大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 哈爾濱市航友知識產權代理事務所(普通合伙) 23216
• 代理人: 張贊

1.基于增強型游標效應的高精度溫度傳感器，其特征在于，包括傳感頭(3)、寬譜光源(1)、光纖環形器(2)和光譜儀(4)，所述傳感頭(3)包括第一單模光纖(301)、空芯光纖(303)和第二單模光纖(302)，所述空芯光纖(303)設置在所述第一單模光纖(301)和所述第二單模光纖(302)中間，所述第一單模光纖(301)在所述空芯光纖(303)左側位置，所述空芯光纖(303)靠近所述第一單模光纖(301)一端設有PDMS(304)腔，所述空芯光纖(303)靠近所述第二單模光纖(302)一端設有空氣腔，所述第二單模光纖(302)設置在所述空芯光纖(303)右側位置；

所述第一單模光纖(301)和PDMS(304)間的界面為M1，所述PDMS(304)腔和所述空氣腔間的界面為M2，所述空氣腔和所述第二單模光纖(302)間的界面為M3，所述寬譜光源(1)發出的入射光經光纖環形器(2)進入所述傳感頭(3)，然后依次經過所述界面M1、M2和M3反射，反射光經光纖環形器(2)后被光譜儀(4)接收；

所述傳感頭(3)的制備過程包括：步驟一：將第一單模光纖(301)與空芯光纖(303)熔接，然后切割空芯光纖(303)；步驟二：將空芯光纖(303)的切割端與第二單模光纖(302)熔接；步驟三：利用激光在空芯光纖(303)兩端各打一氣孔，使外界氣體與空芯光纖(303)內部相通；步驟四：將PDMS(304)由靠近第一單模光纖(301)一端氣孔注入空芯光纖(303)內，填充空芯光纖(303)內靠近第一單模光纖(301)一端，從而形成PDMS腔，靠近第二單模光纖(302)的一端形成空氣腔，加熱使其固化；

所述空氣腔和PMDS腔均為法布里-珀羅干涉計，所述法布里-珀羅干涉計為對被測參量敏感的傳感干涉計，且兩干涉計對溫度具有相反的溫度響應，當PDMS腔和空氣腔的自由光譜范圍相近但不相等時，所述高精度溫度傳感器的增強型游標效應的靈敏度S_E如下：

；

；

式中，L₁、L₂分別為PDMS腔和空氣腔的長度，n₁和n₂分別為PDMS和空氣的折射率，S₁表示PDMS腔的溫度靈敏度，S₂表示空氣腔的溫度靈敏度，α為PDMS的熱光系數，β為PDMS的熱膨脹系數；M表示常規游標效應的放大倍率；表示增強型游標效應相對于PDMS腔的靈敏度放大倍率；表示增強型游標效應相對于空氣腔的靈敏度放大倍率；

其中，

，

，

；為峰值波長。

2.根據權利要求1所述的基于增強型游標效應的高精度溫度傳感器，其特征在于，所述傳感頭中的所述第一單模光纖(301)和第二單模光纖(302)的外徑均為125微米，所述第一單模光纖(301)和第二單模光纖(302)的纖芯直徑為10微米，所述空芯光纖(303)的外徑為125微米，內徑為50-70微米，所述氣孔的直徑為5-20微米。

3.根據權利要求1所述的基于增強型游標效應的高精度溫度傳感器，其特征在于，所述的第二單模光纖(302)替代為多模光纖或無芯光纖或熊貓光纖。

4.根據權利要求1所述的基于增強型游標效應的高精度溫度傳感器，其特征在于，所述寬譜光源(1)波長為1200nm-1600nm。