CN209043483U - 一种基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器，包括单模或多模光纤、光纤准直器、蓝宝石管、蓝宝石片；光纤设置于光纤准直器的前端，光纤准直器的末端嵌入蓝宝石管的前端，光纤准直器及光传播方向平行于蓝宝石管的轴向；所述蓝宝石片设置于蓝宝石管的末端处，蓝宝石片垂直于蓝宝石管的轴向。本实用新型采用蓝宝石管结合蓝宝石片，由于蓝宝石的耐高温特性，使用这样的传感器可以在常温到2000度左右温度环境下对温度进行精确稳定地测量。本实用新型结构简单，信号稳定，测试灵敏精确，探头部件不使用粘结或镀膜等工艺，保证了高温下使用的准确性和稳定性，实现了高温下准确可靠的温度探测。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学温度传感器技术领域，尤其涉及一种基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器。
背景技术
使用光纤传输信号的光学干涉传感器具有良好的绝缘，抗电磁干扰，耐高温，复用性稳定性好地特点。能很好地应用在高温，易燃易爆，强电磁干扰，核辐射等恶劣环境下。
目前在高温环境下的光学传感器主要有干涉型，光栅型和黑体辐射型几类。光栅型传感器主要包括布拉格光栅传感器，长周期光栅传感器。这类传感器使用激光刻写光栅，能够实现温度传感，但在高温下光栅将会逐渐消失，传感信号也会逐渐衰减以至消失，所以这类光纤不适合300度以上（紫外激光刻写光栅）或700度以上（飞秒激光刻写光栅）环境下测温。黑体辐射传感器的制作及校准都比较复杂，成本较高，测试精确度也不高，在实际应用中受到诸多限制。在近2000度高温下，背景噪声会对测温准确性造成严重影响，因而不适合本文重点强调的高温测温环境。
实用新型内容
本实用新型提供了一种基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器，这是一种耐高温，结构简单，测温准确，信号处理简单成熟的温度传感器。
为实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案：
一种基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器，包括：蓝宝石管、蓝宝石片、光纤及光纤准直器；光纤设置于光纤准直器的前端，光纤准直器的末端嵌入蓝宝石管的前端，光纤准直器与蓝宝石管构成一个光学通道，光纤准直器及光学通道的光传播方向平行于蓝宝石管的轴向；蓝宝石片设置于蓝宝石管的末端处，所述蓝宝石片垂直于蓝宝石管的轴向。
所述光纤准直器的外径与蓝宝石管的内径相匹配。
所述蓝宝石片通过熔接方式设置于蓝宝石管的末端。或者，在靠近蓝宝石管末端处加工一槽位，将蓝宝石片卡入槽位内。
所述蓝宝石片的前后两个界面均能发生反射，从而构成一光学干涉仪，该光学干涉仪处于整个温度传感器的末端，可伸入待测环境中。
一定波长的光通过光纤和光纤准直器后以接***行光状态在蓝宝石管内传播，到达蓝宝石片后将在前后两个界面发生反射，反射光在蓝宝石管内相遇将会发生干涉。
使用一定波长范围的光，如光纤通信常用的1525nm—1565nm波长光，经光纤及光纤准直器后在蓝宝石片前后两界面发生反射并发生干涉返回光纤准直器和原光路。使用光谱分析仪或光学解调仪对反射光进行分析可得到光强相对波长的干涉光谱曲线。基于此干涉光谱曲线使用白光干涉解调技术可以计算出在蓝宝石片两界面发生反射的两束光之间的光程差。
光在蓝宝石片内传播的光程与环境温度相关，通过计算上述光程差可以获得环境温度值。
所述蓝宝石管的长度设计为5厘米至100厘米，内径设计为0.5毫米至15毫米。
所述蓝宝石片的直径设计为0.1厘米至8厘米，蓝宝石片的厚度设计为0.05毫米至2毫米。
所述光纤可以为单模，也可以为多模光纤。
本实用新型中，连接光纤的光纤准直器用于产生***行光，光线在蓝宝石管内传播，因传播方向接***行于管轴方向，在管壁发生折算的光很少，保证光在管内传播。蓝宝石管的长度将使探头工作的高温部分和普通光纤和准直器工作的常温空间隔离开来。准直光在蓝宝石片前后两个界面发生反射，两反射光因光程不同发生干涉。温度变化通过蓝宝石片前后界面反射光的干涉信息反映出来，由于蓝宝石的耐高温特性，使用这样的传感器可以在常温到2000度左右温度环境下对温度进行精确稳定地测量。
根据上述技术方案的描述，本实用新型的有益效果如下：
本实用新型结构简单，信号稳定，测试灵敏精确，传感头耐高温，探头部件不使用粘结或镀膜等工艺，避免了使用各种复杂材料制作黑体探头，也不使用高温下不稳定的光纤光栅作为探头元件，极大地提高了传感器的稳定性和可靠性；采用蓝宝石片作为温度探头形成光的干涉获取温度信息，使温度传感过程不受其他外界因素干扰，能够提供耐高温，高精度的温度传感功能。
附图说明
图1是本实用新型的一种结构示意图。
图2是本实用新型的另一结构示意图。
其中，附图标记为：1.光纤；2.光纤准直器；3.蓝宝石管；4.蓝宝石片。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器，包括单模或多模光纤1、光纤准直器2、蓝宝石管3和蓝宝石片4；光纤1设置于光纤准直器2的前端，光纤准直器2的末端嵌入蓝宝石管3的前端，光纤准直器2及光传播方向平行于蓝宝石管3的轴向；所述蓝宝石片4通过熔接方式设置于蓝宝石管3的末端，蓝宝石片4垂直于蓝宝石管3的轴向。
所述蓝宝石管3的长度10厘米至100厘米，内径1毫米至10毫米；所述蓝宝石片4的直径设计为0.5厘米至5厘米，蓝宝石片4的厚度0.05毫米至1毫米。
本实用新型采用造价低廉的蓝宝石管3和蓝宝石片4，可用于2000度以内的高温环境。蓝宝石管3和蓝宝石片4熔接在一起，使传感器探头连接部分同样可以在高温环境下正常工作。采用这种结构避免了使用复杂材料制作的黑体辐射探头，测温也更加准确可靠。
具体实施时，采用蓝宝石管3和蓝宝石片4制成传感器探头，适合高温下工作。制成的传感器，其使用过程如下：
首先将传感器探头伸入高温环境，蓝宝石管3的长度使传感两端处于高温环境和常温环境两种工作环境下。将探测光通过光纤1引入光纤准直器2，经光纤准直器2准直后成为***行光经蓝宝石管3传输至蓝宝石片4。蓝宝石片4前后两界面对入射光发生反射，两反射光反射如蓝宝石管3发生干涉，经干涉的光继续传输至光纤准直器2并经光纤1回传。回传的发生了干涉的光束可经由光纤环形器等方式传往光谱分析仪或光纤解调仪等设备。通过仪器分析可以计算出蓝宝石片4两界面发生反射的两束光的光程差，根据光程差就可以确定蓝宝石片4所处环境的温度。
实施例2
如图2所示，一种基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器，包括单模或多模光纤1、光纤准直器2、蓝宝石管3和蓝宝石片4；光纤1设置于光纤准直器2的前端，光纤准直器2的末端嵌入蓝宝石管3的前端，光纤准直器2及光传播方向平行于蓝宝石管3的轴向；在靠近蓝宝石管3末端处加工一槽位，将蓝宝石片4卡入槽位内，蓝宝石片4垂直于蓝宝石管3的轴向。
所述蓝宝石管3的长度5厘米至50厘米，内径0.5毫米至15毫米；所述蓝宝石片4的直径设计为0.1厘米至8厘米，蓝宝石片4的厚度0.1毫米至2毫米。
通过采用蓝宝石管3和蓝宝石片4制成传感器探头，也同样和实施例1中的结构一样，适合高温下工作。
本实施例使传感器探头制作有更灵活的方式，对于加工设备也有更多的选择，同时保持探头耐高温的特点。
Claims (8)
1.一种基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器，其特征在于，包括：光纤（1）、光纤准直器（2）、蓝宝石管（3）及蓝宝石片（4）；光纤（1）设置于光纤准直器（2）的前端，光纤准直器（2）的末端嵌入蓝宝石管（3）的前端，光纤准直器（2）及光传播方向平行于蓝宝石管（3）的轴向；蓝宝石片（4）设置于蓝宝石管（3）的末端处，所述蓝宝石片（4）垂直于蓝宝石管（3）的轴向。
2.根据权利要求1所述基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器，其特征在于，所述光纤准直器（2）的外径与蓝宝石管（3）的内径相匹配。
3.根据权利要求1所述基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器，其特征在于，所述蓝宝石片（4）通过熔接方式设置于蓝宝石管（3）的末端。
4.根据权利要求1所述基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器，其特征在于，在靠近蓝宝石管（3）末端处加工一槽位，将蓝宝石片（4）卡入槽位内。
5.根据权利要求1所述基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器，其特征在于，所述蓝宝石片（4）的前后两个界面均能发生反射，从而构成一光学干涉仪。
6.根据权利要求1所述基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器，其特征在于，所述蓝宝石管（3）的长度设计为5厘米至100厘米，内径设计为0.5毫米至15毫米。
7.根据权利要求1或6所述基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器，其特征在于，所述蓝宝石片（4）的直径设计为0.1厘米至8厘米，蓝宝石片（4）的厚度设计为0.05毫米至2毫米。
8.根据权利要求1或6所述基于蓝宝石管和蓝宝石片的超高温光学传感器，其特征在于，所述光纤（1）为单模或多模光纤。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114322814A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-12 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器 |
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2018
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| CN114322814B (zh) * | 2021-12-28 | 2024-06-07 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种蓝宝石光纤光栅金属浇铸的抗冲刷型高温应变传感器 |
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