[發明專利]一種高溫光纖布拉格光柵溫度傳感器及制作方法

在審

• 申請號: 202110974080.0
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113790821A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 鄭加金;蘇俊豪;奚瀟睿;王浩;陳煥權;李建宇;史雯慧;韋瑋
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01K11/3206
• 分類號: G01K11/3206;G02B6/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 楊靜

1.一種高溫光纖布拉格光柵溫度傳感器，其特征在于：包括螺紋筒(1)、金屬鋼管(2)、再生光纖光柵(3)、硅灰(4)、剛玉陶瓷餅(5)、單模光纖(6)以及螺紋帽(8)；所述剛玉陶瓷餅(5)為內部為空腔的圓柱體，所述螺紋筒(1)固定設置在剛玉陶瓷餅(5)的圓周壁上，所述金屬鋼管(2)兩端設置有螺紋，一端封口的、另一端為開口的，封口的一端與螺紋筒(1)螺紋連接，開口的一端自剛玉陶瓷餅(5)的中心的穿出并與螺紋帽(8)螺紋連接；螺紋帽(8)的冒頂設置有通孔；所述單模光纖(6)的一端與金屬鋼管(2)的封口端內端面固定連接，另一端自螺紋帽(8)的通孔伸出，處于金屬鋼管(2)內的單模光纖(6)的中間段為再生光纖光柵(3)；所述剛玉陶瓷餅(5)的上方設置有一注灰孔，所述注灰孔用于向剛玉陶瓷餅(5)的內腔注入硅灰(4)。

2.根據權利要求1所述的一種高溫光纖布拉格光柵溫度傳感器，其特征在于：所述金屬鋼管(2)的中心處設置有V型結構槽，再生光纖光柵(3)和單模光纖(6)位于V型結構槽內。

3.根據權利要求1所述的一種高溫光纖布拉格光柵溫度傳感器，其特征在于：自螺紋帽(8)伸出的單模光纖(6)留有尾纖(9)。

4.根據權利要求1所述的一種高溫光纖布拉格光柵溫度傳感器，其特征在于：所述螺紋筒(1)與金屬鋼管(2)、金屬鋼管(2)與螺紋帽(8)、金屬鋼管(2)與剛玉陶瓷餅(5)之間都是密封連接。

5.一種高溫光纖布拉格光柵溫度傳感器的制作方法，其特征在于：將所述單模光纖(6)涂覆層全部剝去，在真空狀態下，V型槽結構的金屬鋼管(2)卡住單模光纖(6)，通過高溫膠將單模光纖(6)的一端固定在金屬鋼管(2)的封口端的內端面上；將金屬鋼管(2)的封口端擰入焊接在剛玉陶瓷餅(5)圓周壁上的螺紋筒(1)內，另一端為開口端，開口端延伸出剛玉陶瓷餅(5)，用帶通孔的螺紋帽(8)卡緊；單模光纖(6)的另一端從螺紋帽(8)的通孔中伸出，用高溫膠將通孔密封，再用密封環(7)和高溫膠將剛玉陶瓷餅(5)與金屬鋼管(2)接觸區外表面密封，最后往剛玉陶瓷餅(5)上方開設的注灰孔注入硅灰(4)，將剛玉陶瓷餅(5)的空腔注滿硅灰(4)后，使用鐵片和高溫膠密封，得到權利要求2-4任意所述的溫度傳感器。

6.根據權利要求5所述的一種高溫光纖布拉格光柵溫度傳感器的制作方法，其特征在于：所述再生光纖光柵(3)的制備方法為：

在室溫下，將普通的單模光纖(6)放入壓力罐，在10-14bar的壓力下載氫4-7天；

使用248或193nm準分子激光器，以相位掩膜法在經過載氫處理的單模光纖(6)上刻寫I型光纖光柵；

將刻寫好的I型光纖光柵放入充滿氬氣的管式爐內，以10-30℃/min的升溫速率從室溫升至600-800℃進行預退火，完成后在管式爐內自然冷卻至室溫，得到首次高溫退火的種子光柵；

將首次高溫退火的種子光柵放入充滿氬氣的管式爐內，以40-60℃/min的升溫速率從室溫升至900℃，再以3-7℃/min的速率從900℃升溫至1000℃，并在1000℃保溫80-120分鐘，保溫過程中出現穩定的再生光纖光柵，保溫結束后即從管式爐中拿出放入冰水中快速冷卻，得到再生光纖光柵。

7.根據權利要求5所述的一種高溫光纖布拉格光柵溫度傳感器的制作方法，其特征在于：所述剛玉陶瓷餅(5)通過AL-SIO₂法制備，具體制備方法為：將Al金屬和SiO₂粉體混合均勻后，在氬氣條件下進行反應，反應溫度為1500℃，反應時間為2～4h，制備得到氧化鋁陶瓷，再通過機械式壓機法成型得到剛玉陶瓷餅(5)，最后，在剛玉陶瓷餅(5)上方再設置一個直徑為1cm的注灰孔。