CN109932078A - 一种高灵敏光纤温度传感探头及其制作方法 - Google Patents

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刘一
李岩
曹坤健
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Abstract

本发明公开了一种高灵敏光纤温度传感探头，探头本体内设有密封空间，所述密封空间侧壁设有出入射窗口，所述密封空间包括向远离所述出入射窗口方向依次连通的第一管腔和第二管腔，所述第一管腔内填充有易挥发液体。通过上述优化设计的高灵敏光纤温度传感探头，通过在密封空间内填充易挥发液体，利用易挥发液体的感温膨胀特性，易挥发液体随环境温度变化发生折射率变化，实现入射液面折射率感温灵敏调制，从而实现低成本温度灵敏探测。本发明还公开了一种高灵敏光纤温度传感探头的制作方法。

Description

一种高灵敏光纤温度传感探头及其制作方法
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种高灵敏光纤温度传感探头及其制作方法。
背景技术
随着“信息化”时代物联网的迅速发展，生活生产中对温度传感器的需求量急速增长，光纤温度传感器作为一种新型传感器，具有抗电磁干扰能力强、体积小、重量轻、功耗小、易于复用等独特优势，在电网、油井、煤矿温度监测，海洋环境监测等领域具有广泛的应用前景。根据调制方式不同，光纤温度传感探头可以分为强度调制型、波长调制型、相位调制型等。但是，由于普通石英光纤本身是二氧化硅材料，其热光系数与热膨胀系数均较小，因此不论采用哪种调制方式，纯石英光纤温度探头灵敏度都不高，给实际应用中的温度灵敏探测带来困难。
目前，为了提高光纤温度传感探头灵敏度，据查已报道有与各种温度敏感材料例如固态聚合物或液体结合的波长调制型和相位调制型光纤温度传感探头，利用宽光谱光源和光谱仪，对探头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。但是宽光谱光源和光谱仪的使用增加了解调成本与难度，且增加了光纤温度传感器解调***的体积与功耗。强度调制型光纤温度传感探头直接利用功率计对光功率信号进行监测，大幅降低了解调成本与难度，但是由于聚合物在低温和高温环境下链状结构会变性，而液体在标准大气压环境下会受到熔点与沸点温度的限制，因此基于聚合物或液体增敏的光纤温度探头探测范围往往过小，一般只有不到100℃。
如何同时提高光纤温度传感探头的灵敏度与探测范围并降低解调成本成为该领域一项技术难题。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种高灵敏光纤温度传感探头及其制作方法。
本发明提出的一种高灵敏光纤温度传感探头，包括：探头本体；
探头本体内设有密封空间，所述密封空间侧壁设有出入射窗口，所述密封空间包括向远离所述出入射窗口方向依次连通的第一管腔和第二管腔，所述第一管腔内填充有易挥发液体。
优选地，所述第二管腔内填充有空气。
优选地，所述第二管腔为毛细腔。
优选地，所述第一管腔包括主腔部和毛细部，所述毛细部位于所述主腔部远离所述出入射窗口一侧，所述主腔部内径大于所述毛细部内径；所述毛细部与所述第二管腔内径相等。
优选地，探头本体包括管体、光纤，所述出入射窗口位于管体一端且管体另一端封闭，光纤位于所述出入射窗口处且光纤的纤芯与所述出入射窗口对应设置；
优选地，光纤与管体共同形成所述密封空间。
优选地，所述第一管腔包括主腔部和毛细部，管体包括第一毛细管和第二毛细管，所述主腔部位于第一毛细管内且所述毛细部和所述第二管腔位于第二毛细管内。
优选地，光纤采用单模光纤。
优选地，管体采用石英材料制成。
优选地，所述易挥发液体采用液态乙醇。
本发明中，所提出的高灵敏光纤温度传感探头，探头本体内设有密封空间，所述密封空间侧壁设有出入射窗口，所述密封空间包括向远离所述出入射窗口方向依次连通的第一管腔和第二管腔，所述第一管腔内填充有易挥发液体。通过上述优化设计的高灵敏光纤温度传感探头，通过在密封空间内填充易挥发液体，利用易挥发液体的感温膨胀特性，易挥发液体随环境温度变化发生折射率变化，实现入射液面折射率感温灵敏调制，从而实现低成本温度灵敏探测。
本发明还公开了一种根据上述高灵敏光纤温度传感探头的制作方法，包括：将光纤一端熔接在管体的第一管腔远离第二管腔一端，然后在管体内充满易挥发液体，最后将管体远离光纤一端高温熔接密封。
优选地，还包括：预先将第二毛细管一端与第一毛细管一端熔接形成管体。
本发明中，所提出的高灵敏光纤温度传感探头的制作方法，利用易挥发液体的易挥发特性，在将光纤与石英管级联熔接过程中，形成密封腔体的同时，易挥发液体在高温下挥发在密封腔内形成填充液体部分和未填充液体部分，从而保证探测灵敏度的同时大大降低制作成本。
附图说明
图1为本发明提出的一种高灵敏光纤温度传感探头的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，图1为本发明提出的一种高灵敏光纤温度传感探头的结构示意图。
参照图1，本发明提出的一种高灵敏光纤温度传感探头，包括：探头本体；
探头本体内设有密封空间，所述密封空间侧壁设有出入射窗口，所述密封空间包括向远离所述出入射窗口方向依次连通的第一管腔和第二管腔，所述第一管腔内填充有易挥发液体5。
本实施例的高灵敏光纤温度传感探头的具体工作过程中，在探头本体的出入射窗口连接激光器和光功率计，将探头本体竖直放置，使得出入射窗口位于密封空间底部，随着检测环境温度的变化，第一管腔内的易挥发液体的体积发生变化，使得激光在密封空间内入射液面处的折射率随易挥发液体的温度和密度发生变化，光功率计对出射光的检测结果也发生变化，从而实现灵敏感温检测。
在本实施例中，所提出的高灵敏光纤温度传感探头，探头本体内设有密封空间，所述密封空间侧壁设有出入射窗口，所述密封空间包括向远离所述出入射窗口方向依次连通的第一管腔和第二管腔，所述第一管腔内填充有易挥发液体。通过上述优化设计的高灵敏光纤温度传感探头，通过在密封空间内填充易挥发液体，利用易挥发液体的感温膨胀特性，易挥发液体随环境温度变化发生折射率变化，实现入射液面折射率感温灵敏调制，从而实现低成本温度灵敏探测；同时，通过密封空间设计，提高了易挥发液体的沸点，从而大大提高检测范围。
在具体实施方式中，所述第二管腔内填充有空气，为密封空间内易挥发液体的体积变化提供空间，同时由于空气的存在，对易挥发液体的体积膨胀进行限制，防止膨胀过快影响检测精度。
在第二管腔的具体设计方式中，所述第二管腔为毛细腔，使得易挥发液体在密封空间内的位置仅受温度变化影响，在毛细管内液体张力作用下始终处于密封空间一侧，而不受重力影响，从而使得不受使用环境的影响，无论探头本体如何放置，均能实现感温检测。
在第一管腔的具体设计方式中，所述第一管腔包括主腔部和毛细部，所述毛细部位于所述主腔部远离所述出入射窗口一侧，所述主腔部内径大于所述毛细部内径；通过设置毛细部，使得液体在光入射方向具有一定深度，从而减少液体远离出入射窗口一端的液面的反射对出射光的影响。
在进一步具体实施方式中，所述毛细部与所述第二管腔内径相等，进一步保证易挥发液体随温度变化的可靠性。
在探头本体的具体设计方式中，管体、光纤1，所述出入射窗口位于管体一端且管体另一端封闭，光纤1位于所述出入射窗口处且光纤1的纤芯与所述出入射窗口对应设置；优选地，光纤1与管体共同形成所述密封空间；通过在密封空间的出入射窗口设置光纤，使得光纤射出的光直接进入密封空间内的液面，而不受中间其他介质的影响，提高激光入射出射的可靠性，从而提高检测精度。
在探头本体的具体制作方式中，将光纤1一端熔接在管体的第一管腔远离第二管腔一端，然后在管体内充满易挥发液体5，最后将管体远离光纤1一端高温熔接密封；在熔接过程中，高温使得管体内易挥发液体蒸发，一部分液体挥发进入空气中，使得密封空间内的压强小于外部压强，有效提高易挥发液体升温膨胀时的测量范围。
在本实施例中，所提出的高灵敏光纤温度传感探头的制作方法，利用易挥发液体的易挥发特性，在将光纤与石英管级联熔接过程中，形成密封的腔体的同时，易挥发液体在高温下挥发在密封腔内形成填充液体部分和未填充液体部分，从而保证探测灵敏度的同时大大降低制作成本。
在第一管腔的进一步实施方式中，其特征在于，所述第一管腔包括主腔部和毛细部，管体包括第一毛细管3和第二毛细管4，所述主腔部位于第一毛细管3内且所述毛细部和所述第二管腔位于第二毛细管4内。
在管体的具体制作方式中，将第二毛细管4一端与第一毛细管3一端熔接形成管体；管体通过两个毛细管熔接而成，便于粗细两个管腔的加工，降低加工成本。
在实际操作中，通过调节第一毛细管和第二毛细管的长度以及调节光纤与毛细管的熔接参数，能够改变改变第二管腔的长度，从而改变第一管腔和第二管腔的体积比，从而实现检测范围的调节。
在光纤的具体选择方式中，光纤1采用单模光纤，相对于多模光纤，选择单模光纤降低了分光损耗，从而提高检测准确性和灵敏性；优选地，管体采用石英材料制成。
在所述易挥发液体的选择方式中，所述易挥发液体5采用液态乙醇，乙醇的热光系数高且易于密封，冰点较低，在密封后沸点能提高到230℃，使测量范围增大到-70℃到230℃。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高灵敏光纤温度传感探头，其特征在于，包括：探头本体；
探头本体内设有密封空间，所述密封空间侧壁设有出入射窗口，所述密封空间包括向远离所述出入射窗口方向依次连通的第一管腔和第二管腔，所述第一管腔内填充有易挥发液体(5)。
2.根据权利要求1所述的高灵敏光纤温度传感探头，其特征在于，所述第二管腔内填充有空气。
3.根据权利要求1所述的高灵敏光纤温度传感探头，其特征在于，所述第二管腔为毛细腔。
4.根据权利要求1所述的高灵敏光纤温度传感探头，其特征在于，所述第一管腔包括主腔部和毛细部，所述毛细部位于所述主腔部远离所述出入射窗口一侧，所述主腔部内径大于所述毛细部内径；所述毛细部与所述第二管腔内径相等。
5.根据权利要求1所述的高灵敏光纤温度传感探头，其特征在于，探头本体包括管体、光纤(1)，所述出入射窗口位于管体一端且管体另一端封闭，光纤(1)位于所述出入射窗口处且光纤(1)的纤芯与所述出入射窗口对应设置；优选地，光纤(1)与管体共同形成所述密封空间。
6.根据权利要求5所述的高灵敏光纤温度传感探头，其特征在于，所述第一管腔包括主腔部和毛细部，管体包括第一毛细管(3)和第二毛细管(4)，所述主腔部位于第一毛细管(3)内且所述毛细部和所述第二管腔位于第二毛细管(4)内。
7.根据权利要求5所述的高灵敏光纤温度传感探头，其特征在于，光纤(1)采用单模光纤；优选地，管体采用石英材料制成。
8.根据权利要求1所述的高灵敏光纤温度传感探头，其特征在于，所述易挥发液体(5)采用液态乙醇。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的高灵敏光纤温度传感探头的制作方法，其特征在于，包括：将光纤(1)一端熔接在管体的第一管腔远离第二管腔一端，然后在管体内充满易挥发液体(5)，最后将管体远离光纤(1)一端高温熔接密封。
10.根据权利要求9所述的高灵敏光纤温度传感探头的制作方法，其特征在于，还包括：预先将第二毛细管(4)一端与第一毛细管(3)一端熔接形成管体。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110207846A (zh) * 2019-06-26 2019-09-06 哈尔滨工程大学 一种毛细管光纤温度传感器
CN110296767A (zh) * 2019-07-09 2019-10-01 南京工程学院 一种基于三角形间隙光纤结构的水下温度测量装置及方法
CN110346064A (zh) * 2019-07-09 2019-10-18 南京工程学院 一种基于圆头间隙光纤结构的水下温度测量装置及方法
TWI835121B (zh) * 2021-04-23 2024-03-11 加拿大商光子控制公司 撓性光纖溫度探針、其組裝方法及包含溫度感測器的組件

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102944328A (zh) * 2012-12-17 2013-02-27 南京大学 折射率不敏感的温度传感器的制备方法及测量装置
CN103115698A (zh) * 2013-03-06 2013-05-22 东北大学 一种基于酒精填充的光纤fp温度传感器
US20130206760A1 (en) * 2010-10-22 2013-08-15 Kenneth Susko Optical probe containing oxygen, temperature, and pressure sensors and monitoring and control systems containing the same
CN205656129U (zh) * 2016-03-08 2016-10-19 中国计量学院 基于双毛细管的光纤氢气传感器
CN108225657A (zh) * 2017-09-28 2018-06-29 南京邮电大学 一种具有光学游标效应的光纤fp气压传感器及其制备方法
CN108801499A (zh) * 2018-06-11 2018-11-13 南昌航空大学 一种基于毛细管光纤与普通光纤熔接的探头式温度传感器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130206760A1 (en) * 2010-10-22 2013-08-15 Kenneth Susko Optical probe containing oxygen, temperature, and pressure sensors and monitoring and control systems containing the same
CN102944328A (zh) * 2012-12-17 2013-02-27 南京大学 折射率不敏感的温度传感器的制备方法及测量装置
CN103115698A (zh) * 2013-03-06 2013-05-22 东北大学 一种基于酒精填充的光纤fp温度传感器
CN205656129U (zh) * 2016-03-08 2016-10-19 中国计量学院 基于双毛细管的光纤氢气传感器
CN108225657A (zh) * 2017-09-28 2018-06-29 南京邮电大学 一种具有光学游标效应的光纤fp气压传感器及其制备方法
CN108801499A (zh) * 2018-06-11 2018-11-13 南昌航空大学 一种基于毛细管光纤与普通光纤熔接的探头式温度传感器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110207846A (zh) * 2019-06-26 2019-09-06 哈尔滨工程大学 一种毛细管光纤温度传感器
CN110296767A (zh) * 2019-07-09 2019-10-01 南京工程学院 一种基于三角形间隙光纤结构的水下温度测量装置及方法
CN110346064A (zh) * 2019-07-09 2019-10-18 南京工程学院 一种基于圆头间隙光纤结构的水下温度测量装置及方法
CN110296767B (zh) * 2019-07-09 2021-04-20 南京工程学院 一种基于三角形间隙光纤结构的水下温度测量装置
TWI835121B (zh) * 2021-04-23 2024-03-11 加拿大商光子控制公司 撓性光纖溫度探針、其組裝方法及包含溫度感測器的組件

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