[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

本發明提供了基于增強型游標效應的高精度溫度傳感器，涉及光纖傳感器技術領域，包括傳感頭、寬譜光源、光纖環形器和光譜儀。寬譜光源發出的入射光經過光纖環形器進入傳感頭，然后依次經過傳感頭里界面M1、M2和M3反射，反射光經光纖環形器后被光譜儀接收，傳感頭光纖微腔中采用光纖熔接的方式制備，光纖微腔穩定性好。其傳感器產生增強型游標效應的方法為，空氣腔和PDMS腔均為法布里?珀羅干涉計，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，從而增強游標效應對靈敏度的放大作用。該傳感器制作簡單，成本低，結構緊湊便于使用，雙腔級聯增強了游標效應，大幅提高靈敏度。

技術領域

本發明涉及光纖傳感器技術領域,具體涉及基于增強型游標效應的高精度溫度傳感器。

背景技術

溫度作為國際單位制七個基本物理量之一，在國民經濟、國防建設和科學研究等領域中溫度的準確測量具有舉足輕重的作用。隨著溫度傳感應用需求的提高，傳統的溫度傳感器已經無法滿足高精度的測量要求。光纖溫度傳感器具有尺寸小、測量精度高、靈敏度高、抗電磁干擾強、電絕緣性好、溫度范圍大等諸多優點，在溫度測量方面有著自身獨特的優勢。

但目前市場上的光纖溫度傳感器如專利CN201810738431.6制造過程復雜、采用鍍膜的方式制作光纖微腔，鍍膜需要昂貴的專門鍍膜設備，如專利 CN201810996463.6采用馬赫-曾德干涉原理，探測透射光，為非尖端結構，相對于尖端結構安裝不便，如專利CN2201810971799.7進行溫度檢測時，靈敏度放大倍率小，靈敏度低，不能滿足實際需求。

發明內容

本發明要解決的問題是，針對現有技術存在的上述缺陷，提供了基于增強型游標效應的高精度溫度傳感器，提供了一種制造簡單，安裝方便，靈敏度高的溫度傳感器。

本發明為了上述技術問題采取的技術方案是：

基于增強型游標效應的高精度溫度傳感頭，包括第一單模光纖、PMDS、空芯光纖和第二單模光纖，所述空芯光纖在所述第一單模光纖和所述第二單模光纖中間，所述第一單模光纖在所述空芯光纖左側位置，所述空芯光纖在靠近所述第一單模光纖一端設有PDMS腔，所述空芯光纖在靠近所述第二光纖一端設有所述空氣腔，所述第二單模光纖在所述空芯光纖右側位置，所述第一單模光纖與PDMS腔間的界面為M1，所述PDMS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間的界面為M3。

優選的，所述傳感頭中的所述第一單模光纖和第二單模光纖的外徑均為125 微米，所述纖芯直徑為10微米，所述空芯光纖的外徑為125微米，內徑為50-70 微米，所述氣孔的直徑為5-20微米。

優選的，所述的第二單模光纖替代為多模光纖或無芯光纖或熊貓光纖。

優選的，所述傳感頭的制備過程包括：

步驟一：將第一單模光纖與空芯光纖熔接，然后切割空芯光纖；

步驟二：將空芯光纖的切割端與第二單模光纖熔接；

步驟三：利用激光在空芯光纖兩端各打一氣孔，使外界氣體與空芯光纖內部相通；

步驟四：將PDMS由靠近第一單模光纖的一端的氣孔注入空芯光纖內，從而形成PDMS腔和空氣腔，加熱使其固化。

基于增強型游標效應的高精度溫度傳感器，包括采用權利要求1所述傳感頭、寬譜光源、光纖環形器和光譜儀。所述寬譜光源發出的入射光經光纖環形器進入所述傳感頭，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后被光譜儀接收。

優選的，所述寬譜光源波長為1200nm-1600nm。