CN106338348A - 一种微型高灵敏光纤温度传感探针 - Google Patents

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� 刘
刘一
曲士良
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Abstract

本发明涉及一种微型高灵敏光纤温度传感探针，属于光纤传感技术领域。该探针包括有去除涂敷层的单模光纤和空心石英管，所述空心石英管熔接在两段单模光纤之间，熔接后的空心石英管长度为80~120微米，内部填充温度敏感型电子密封胶，形成密封法布里珀罗干涉微腔，所述前端的一段单模光纤距空心石英管50~100微米处设有倾斜面，形成探针结构。该探针结构紧凑、稳定可靠、应用灵活，探针直径仅为125微米，传感区域有效长度小于300微米，温度传感灵敏度高于500pm/ºC，适于温度传感探测使用。

Description

一种微型高灵敏光纤温度传感探针
技术领域
本发明涉及一种温度传感器，具体的说是一种能够实现高灵敏温度探测的微型光纤温度传感探针。
背景技术
随着光纤通信技术的发展，光纤传感技术逐渐从光纤通信技术中衍生出来，成为传感技术领域的一条重要分支。光纤传感技术以光纤作为信号传播介质，以光纤中的光波作为传感信号的载体，通过光纤传感器件感知和探测生活生产环境中的各种信息。其中，温度传感探测是光纤传感技术的一个重要应用领域，与传统的电子温度传感器件相比，光纤温度传感器件抗电磁干扰能力强、体积小、重量轻，在恶劣环境（例如油井、煤矿）和高精尖领域（例如航空、航天）等温度监测方面具有广泛的应用前景。
温度改变会引起光纤温度传感器内核心结构处的折射率与体积的变化，从而对光纤温度传感器内的光信号进行调制。根据调制方式不同，光纤温度传感器可以分为强度调制型、波长调制型、相位调制型等。其中，波长调制型和相位调制型光纤温度传感器均可利用宽光谱光源和光谱仪，对传感器光谱中呈现出的谐振峰或干涉峰的中心波长进行监测，从而解调出环境温度，具有稳定性好、可靠性高等优势。但是，由于普通光纤材料的热光系数仅约为1×10-5/ºC，热膨胀系数仅约为5×10-7/ºC，导致这些基于纯光纤材料的温度传感器的灵敏度仅为50pm/ºC以下。
为了提高光纤温度传感器的探测灵敏度，可以将其他温度敏感材料（例如金属、有机聚合物等）与光纤温度传感器相结合，例如专利201010176299.8和201310070860.8。但是目前这些光纤温度传感器探头的结构复杂、体积较大，探头直径在毫米量级以上，限制了光纤温度传感器在真正意义上的点探测以及精密功能材料集成中的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、紧凑，稳定可靠，灵敏度高的微型高灵敏光纤温度传感探针。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种微型高灵敏光纤温度传感探针，其特征在于：其包括有去除涂敷层的单模光纤和空心石英管，所述空心石英管熔接在两段单模光纤之间，熔接后的空心石英管长度为80~120微米，内部填充温度敏感型电子密封胶，形成密封法布里珀罗干涉微腔，所述前端的一段单模光纤距空心石英管50~100微米处设有倾斜面，形成探针结构。
本发明所述的单模光纤为普通通信单模光纤SMF-28e，光纤包层直径125微米，光纤纤芯直径8~9微米。
本发明所述的空心石英管外径为125微米，内径40~60微米。
本发明所述的空心石英管的侧壁上钻有微孔，微孔直径10~15微米；液态电子密封胶通过微孔充满空心石英管中，在120ºC条件下恒温30分钟，液态电子密封胶固化。
本发明采用上述技术方案，制备的微型高灵敏光纤温度传感探针，探针直径仅为125微米，传感区域有效长度小于300微米，温度传感灵敏度高于500pm/ºC，该探针结构紧凑、稳定可靠、应用灵活。在温度传感探测领域具有重要应用价值。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图中的标号是：1.单模光纤，2. 空心石英管，3.单模光纤，4.电子密封胶，5.微孔，6.倾斜面。
具体实施方式
从图1可以看出，一种微型高灵敏光纤温度传感探针，其包括有去除涂敷层的两段单模光纤1、3和空心石英管2，所述空心石英管2熔接在两段单模光纤1、3之间，熔接后的空心石英管长度为80~120微米，内部填充温度敏感型电子密封胶4，形成密封法布里珀罗干涉微腔，所述前端的一段单模光纤3距空心石英管50~100微米处设有倾斜面6，形成探针结构。
本发明所述的单模光纤1、3为普通通信单模光纤SMF-28e，光纤包层直径125微米，光纤纤芯直径8~9微米。
本发明所述的空心石英管2外径为125微米，内径40~60微米。
本发明所述的空心石英管2的侧壁上钻有微孔5，微孔5直径10~15微米；液态的电子密封胶通过微孔充满空心石英管中，在120ºC条件下恒温30分钟，液态电子密封胶固化。
本发明所述的电子密封胶5是一种高透明、低粘度的硅胶化合物，在一定温度范围条件下可以深层固化成透明硅胶，属于加成型有机硅灌封胶。
本发明制作过程是：首先将去除涂敷层的单模光纤1、空心石英管2、单模光纤3三段熔接，形成密封法布里珀罗干涉微腔，熔接后的空心石英管2长度为80~120微米；在末段单模光纤距空心石英管50~100微米处8沿倾斜角度截断，形成探针结构；使用聚焦后的飞秒激光在微腔侧壁制备微通道，填充液态电子密封胶后在120 oC温度环境下加热30分钟后，使电子密封胶5在微腔内固化。空心石英管内部固化温度敏感型电子密封胶5填充方法是：（1）利用聚焦后的飞秒激光对熔接后的密封空心石英管的侧壁钻微孔6，使密封空心石英管2的内部和外部连通，微孔6直径10~15微米。（2）将液态电子密封胶滴在空心石英管微孔6处，等待60分钟，液态电子密封胶5充满空心石英管2。（3）将探针结构放置于120 ºC条件下恒温30分钟，使电子密封胶5充分固化。（4）利用电子密封胶清洗剂对探针进行清洗，去除附着在空心石英管外侧的电子密封胶。
本发明所述的微型高灵敏光纤温度传感探针的制备过程中，单模光纤1、3与空心石英管2的切割使用的是光纤精密切割装置；光纤精密切割装置由手动控制步进平台、光纤切割刀、显微镜构成，光纤切割精度10微米。
本发明所述的微型高灵敏光纤温度传感探针在使用时，通过光纤环形器将其与宽光谱光源和光谱仪连接，在光谱仪上能够观测出法布里珀罗干涉光谱，通过监测光谱上干涉峰中心波长解调出环境温度，选用不同的光谱仪分辨率，可以实现不同的温度探测精度。
本发明制备的微型高灵敏光纤温度传感探针，探针直径仅为125微米，传感区域有效长度小于300微米，温度传感灵敏度高于500pm/ºC，该探针结构紧凑、稳定可靠、应用灵活。在温度传感探测领域具有重要应用价值。

Claims (4)

1.一种微型高灵敏光纤温度传感探针，其特征在于：其包括有去除涂敷层的单模光纤和空心石英管，所述空心石英管熔接在两段单模光纤之间，熔接后的空心石英管长度为80~120微米，内部填充温度敏感型电子密封胶，形成密封法布里珀罗干涉微腔，所述前端的一段单模光纤距空心石英管50~100微米处设有倾斜面，形成探针结构。
2.根据权利要求1所述的微型高灵敏光纤温度传感探针，其特征在于：所述的单模光纤为普通通信单模光纤SMF-28e，光纤包层直径125微米，光纤纤芯直径8~9微米。
3.根据权利要求1所述的微型高灵敏光纤温度传感探针，其特征在于：所述的空心石英管外径为125微米，内径40~60微米。
4.根据权利要求1所述的微型高灵敏光纤温度传感探针，其特征在于：所述的空心石英管的侧壁上钻有微孔，微孔直径10~15微米；液态电子密封胶通过微孔充满空心石英管中，在120ºC条件下恒温30分钟，液态电子密封胶固化。
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