光纤温度传感器及其制备方法技术

技术编号:10220968 阅读:218 留言:0更新日期:2014-07-16 21:14
本发明专利技术提供了一种光纤温度传感器,包括:去除包层的多模光纤;所述多模光纤以一定的曲率固定在聚合物制品上;所述多模光纤浸于液体中,所述液体的折射率高于所述多模光纤纤芯的折射率。本发明专利技术通过将去掉包层的多模光纤以一定的曲率固定在聚合物制品上并浸没与高折射率液体中,使得聚合物制品受热膨胀导致固定在其上的光纤的曲率发生改变,通过测定复合装置在不同温度下的透过谱,通过透过谱峰位移和温度的关系得到该装置的温度灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
光纤温度传感器及其制备方法
本专利技术涉及光纤温度传感器的
,尤其涉及一种光纤温度传感器及其制备方法。
技术介绍
传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。光纤传感器由于抗电磁干扰、体积小、利于远程操作等诸多优点,在工程中得到大量研究。其基本工作原理为将来自光源的光经过光纤送入调制器,使待测参数与进入调制区的光相互作用后,导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化,称为被调制的信号光,再经过光纤送入光探测器,经解调后,获得被测参数。光纤温度传感器是利用部分物质吸收的光谱随温度变化而变化的原理,分析光纤传输的光谱了解实时温度。目前,光纤温度传感器的结构有布拉格光纤光栅(FBG),长周期光纤光栅(LPFG),Fabry-Perot干涉仪和单模-多模-单模(SMS)光纤等。SMS光纤结构是一种基于多模光纤内部模式干涉原理的新型光纤结构,是把一段多模光纤和两段单模光纤熔融而成的,相比与其他结构来说,该结构具有制作简单、成本低等优点。对于传感器来说,灵敏度是一个关键的因素,FBG的温度灵敏度为0.01nm/℃,LPFG为0.15nm/℃,普通SMS结构为0.01nm/℃。因此,SMS结构的传感器虽有众多优点,但其灵敏度不高,因此,现有技术中,大量研究均致力于提高其灵敏度。2010年WuQiang等发表在ElectronicsLetters上的研究通过弯曲SMS光纤来提高其温度灵敏度为0.032nm/℃。但其灵敏度还是不高。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术要解决的技术问题在于提供一种光纤温度传感器及其制备方法,本专利技术提供的光纤温度传感器灵敏度高。本专利技术提供了一种光纤温度传感器,包括:去除包层的多模光纤;所述多模光纤以一定的曲率固定在聚合物制品上;所述多模光纤浸于液体中,所述液体的折射率高于所述多模光纤纤芯的折射率。优选的,所述多模光纤以一定的曲率固定在聚合物框上,所述曲率大于0。优选的,所述多模光纤以一定的曲率固定在第一聚合物层和第二聚合物层之间,所述曲率大于0。优选的,所述多模光纤以一定的曲率固定在第一聚合物层和第二聚合物层之间,所述曲率等于0,所述第一聚合物和第二聚合物的热膨胀系数不同。优选的,所述多模光纤以一定的曲率固定在聚合物管中,所述曲率大于0。优选的,所述多模光纤以一定的曲率固定在聚合物层上,所述曲率大于0。优选的,所述聚合物选自丙烯酸类树酯、聚酯、聚氨酯、聚烯烃和聚酰亚胺中的一种;所述液体选自苯、二硫化碳、甘油和液晶中的一种。优选的,所述多模光纤的长度为0.5~5cm;所述多模光纤的纤芯直径为40~120μm。本专利技术还提供了一种光纤温度传感器的制备方法,包括如下步骤:步骤a)将多模光纤去除包层;步骤b)将所述多模光纤以一定的曲率固定在聚合物制品上;步骤c)将所述多模光纤浸于液体中,所述液体的折射率高于所述多模光纤纤芯的折射率。优选的,所述聚合物选自丙烯酸类树酯、聚酯、聚氨酯、聚烯烃和聚酰亚胺中的一种;所述液体选自苯、二硫化碳、甘油和液晶中的一种。与现有技术相比,本专利技术提供了一种光纤温度传感器,包括:去除包层的多模光纤;所述多模光纤以一定的曲率固定在聚合物制品上;所述多模光纤浸于液体中,所述液体的折射率高于所述多模光纤纤芯的折射率。本专利技术通过将去掉包层的多模光纤以一定的曲率固定在聚合物制品上并浸没与高折射率液体中,使得聚合物制品受热膨胀导致固定在其上的光纤的曲率发生改变,通过测定复合装置在不同温度下的透过谱,通过透过谱峰位移和温度的关系得到该装置的温度灵敏度。实验结果表明,本专利技术制备得到的光纤温度传感器的灵敏度为6.5nm/℃。附图说明图1为本专利技术结构光纤示意图;图2为本专利技术实施例1或实施例2制备得到的光纤温度传感器结构示意图;图3为本专利技术实施例1制备得到的光纤温度传感器在不同温度下的透过谱;图4为为本专利技术实施例1制备得到的光纤温度传感器透过谱峰位置与温度的对应关系图;图5为本专利技术比较例1制备得到的装置在绷直状态下在不同温度下的透过谱;图6为本专利技术多模光纤固定在聚合物管中结构示意图;图7为本专利技术多模光纤固定于双层聚合物层间受热膨胀变形示意图;图8为本专利技术实施例2制备得到的光纤温度传感器在不同温度下的透过谱;图9为为本专利技术实施例2制备得到的光纤温度传感器透过谱峰位置与温度的对应关系图;图10为本专利技术实施例3光纤在不同距离下的透过谱;图11为本专利技术实施例3模拟得到的光纤温度传感器透过谱峰位置与温度的对应关系图。具体实施方式一种光纤温度传感器,包括:去除包层的多模光纤;所述多模光纤以一定的曲率固定在聚合物制品上;所述多模光纤浸于液体中,所述液体的折射率高于所述多模光纤纤芯的折射率。本专利技术提供了一种光纤温度传感器,包括去除包层的多模光纤。在本专利技术中,所述多模光纤的长度优选为0.5~5cm,更优选为1~4cm;所述多模光纤的纤芯直径优选为40~120μm,更优选为50~100μm。本专利技术对所述多模光纤的种类和型号不进行限定,只要满足上述条件即可。在本专利技术中,对所述光纤不进行限定,所述光纤可以为SMS光纤,结构如图1所示,图1为本专利技术SMS结构光纤示意图,其中1为浸没SMS光纤多模段的液体;2为单模光纤,3为多模光纤。本专利技术所述多模光纤可以是市售,型号为市售的均可,如按照纤芯直径和加包层的整体直径分类可以为50μm/125μm,62.5μm/125μm,MM-S105/125-15A,所述去除包层的方式优选为酸腐蚀法。具体为将多模光纤置于酸的水溶液中。腐蚀光纤溶剂通常采用氢氟酸(HF)或BHF溶液(HF+NH4OH/HNO3),所述酸优选为HF,所述酸的水溶液的体积百分数优选为20%~40%,更优选为30%。所述腐蚀时间优选为30min~100min。在本专利技术中,所述光纤温度传感器包括多模光纤以一定的曲率固定在聚合物制品上。本专利技术对于所述聚合物制品不进行限定,优选选自聚合物板,聚合物框、聚合物层和聚合物管中的一种。本专利技术对于所述固定方式不进行限定,其中一种方式可以为将多模光纤以一定的曲率固定在聚合物框上,所述曲率大于0。如图2所示,图2为本专利技术实施例1或实施例2制备得到的光纤温度传感器结构示意图;在图2中,4为多模光纤,5为聚合物框,6为置入液体的槽,7为固定光纤的光学胶。其中一种方式可以为多模光纤以一定的曲率固定在第一聚合物层和第二聚合物层之间,所述曲率大于0。在此情况下,第一聚合物层和第二聚合物层可以相同也可以不同,本专利技术对此不进行限定。其中一种方式可以为所述多模光纤以一定的曲率固定在第一聚合物层和第二聚合物层之间,所述曲率等于0,所述第一聚合物和第二聚合物的热膨胀系数不同。如图7所示,图7为本专利技术多模光纤固定于双层聚合物层间受热膨胀变形示意图。其中一种方式可以为所述多模光纤以一定的曲率固定在聚合物管中,所述曲率大于0。如图6所示,图6为本专利技术多模光纤固定在聚合物管中结构示意图;其中4为多模光纤,8为聚合物套。其中一种方式可以为多模光纤以一定的曲率固定在聚合物层上,所述曲率大于0。在本专利技术中,所述聚本文档来自技高网
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光纤温度传感器及其制备方法

【技术保护点】
一种光纤温度传感器,其特征在于,包括:去除包层的多模光纤;所述多模光纤以一定的曲率固定在聚合物制品上;所述多模光纤浸于液体中,所述液体的折射率高于所述多模光纤纤芯的折射率。

【技术特征摘要】
1.一种光纤温度传感器,其特征在于,包括:去除包层的多模光纤;所述多模光纤以一定的曲率固定在第一聚合物层和第二聚合物层之间,所述曲率等于0,所述第一聚合物层的热膨胀系数为6×10-5,所述第二聚合物层的热膨胀系数为8×10-5;所述多模光纤浸于液体中,所述液体的折射率高于所述多模光纤纤芯的折射率。2.根据权利要求1所述的光纤温度传感器,其特征在于,所述聚合物选自丙烯酸类树酯、聚酯、聚氨酯、聚烯烃和聚酰亚胺中的一种;所述液体选自苯、二硫化碳、甘油和液晶中的一种。3.根据权利要求1所述的光纤温度传感器,其特征在于,所述多模光纤的长度为0.5~5cm;...

【专利技术属性】
技术研发人员:张玉娟张其锦
申请(专利权)人:中国科学技术大学
类型:发明
国别省市:安徽;34

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