一种金刚石套管封装可抗海水侵蚀的光纤温度传感器，包括一个利用金刚石套管封装的长周期光纤光栅、一个内部为镂空区的圆柱形外壳和一个能够提供恒定拉力的拉伸结构，该拉伸结构则由光纤固定帽、弹簧和金刚石套管固定帽组成。利用金刚石套管封装法制得的长周期光纤光栅温度传感器，既能杜绝海水直接接触长周期光纤光栅造成的腐蚀和冲刷影响，也能快速感知外界海水温度的变化，极大的提高了长周期光纤光栅温度传感器的水下生存能力。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种光纤温度传感器，特别是涉及一种金刚石套管封装可抗海水侵蚀的光纤温度传感器。
技术介绍
光纤传感技术与传统电磁类传感技术相比，具有抗电磁干扰、本征绝缘、可复用及低传输损耗等优点，在国防和民用领域发挥越来越重要的作用，被许多国家列为重点发展的新型传感技术。光纤光栅传感器是利用光纤光栅中心波长与外界环境参数成一定的函数关系的原理，通过探测波长的变化从而获得外界环境参数的一种传感器。按照周期的大小，可分为光纤布拉格光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPFG)，而LPFG对外界变化的灵敏度远高于 FBG。专利技术人在专利技术专利ZL201110430475.0中，提出一种用于快速海洋测温的光纤温度传感器，并在技术专利ZL201320665859.5提出了一种改进的拉伸方式。然而，在长期海洋测温时发现，如果将光纤温度传感器“直接暴露在海水中”或“经过简单封装可以裸露在海水中”，它们仍将很快失效。专利技术人在论文(Wavelength evolut1n of long-per1dfiber gratings in a water environment, Applied Optics, 52(11):2478-2483.)中石开究了海水侵蚀光纤的机理，发现主要是海水渗入光纤材料，造成长周期光纤光栅纤芯和包层有效折射率相应的产生变化，导致传感器零点漂移并失效；同时，拉伸结构也易受到渗入海水的腐蚀而失效，在海流的冲刷下光纤温度传感器弯曲变形，甚至断裂。缺乏专门的防护措施，光纤传感器将无法在海水中长期有效工作。为了解决海水侵蚀和海流冲刷对光纤温度传感器的不利影响，必须需找一种新的封装材料和方法，既能避免海水的侵蚀和海流冲刷，也能保持传感器对海水温度变化的快速响应。
技术实现思路
本技术目的是提供一种金刚石套管封装可抗海水侵蚀的光纤温度传感器，以克服现有技术的不足。—种金刚石套管封装可抗海水侵蚀的光纤温度传感器，其特征在于，该传感器包括一个圆柱形外壳，该外壳轴线上开有上下贯穿的穿孔，且外壳中部镂空而形成中部腔体，外壳一端设有固定帽安装槽、另一端设有堵头；并有一个长周期光纤光栅穿过上述穿孔，且长周期光纤光栅的栅区沿轴向放置于中部腔体中央，该长周期光纤光栅位于中部腔体的部分由金刚石套管封装，且长周期光纤光栅前后两端的位于外壳穿孔内的部分分别涂有胶水，长周期光纤光栅两端位于外壳之外的部分为尾纤，外壳的固定帽安装槽内还设有为长周期光纤光栅提供恒定拉力的拉伸结构，且所述的拉伸结构通过上部端盖封闭在固定帽安装槽内。所述的拉伸结构由光纤固定帽、弹簧和金刚石套管固定帽组成，所述的金刚石套管固定帽呈圆柱形且轴线上设有穿孔、末端设有限位圆台，且金刚石套管固定帽固定于圆柱形外壳的固定帽安装槽内，所述长周期光纤光栅穿过金刚石套管固定帽的穿孔，所述光纤固定帽固定在长周期光纤光栅上，所述弹簧套置在长周期光纤光栅上且弹簧前端固定于金刚石套管固定帽、后端固定于光纤固定帽；经过上述组装后的光纤固定帽、弹簧和金刚石套管固定帽通过上部端盖封闭在固定帽安装槽内。经实践发现，金刚石材料有以下显著优点，特别适合海洋环境下应用，是封装材料的最佳选择。化学性质稳定，抗海水腐蚀性能极佳。若在LPFG传感器外面镀一层金刚薄膜或者利用金刚石材料套管对传感器进行封装，则可有效保护LPFG传感器不受海水侵蚀；热导率大(约2000W/m.K，大约是铜的5倍，是石英材料的14.5倍)。可提高光纤传感器对海水温度变化的响应速率；线性热膨胀系数小且与石英材料相近(约lppm/K，玻璃为0.5ppm/K，水为208ppm/K)。在海水大范围变温时，金刚石薄膜不易脱落，金刚石套管不易碎裂。在LPFG传感器上应用金刚石材料进行封装有镀膜和套管封装两种基本方案，选择最适合的封装方式是本技术的关键技术之一。镀膜是指在光纤上直接镀金刚石薄膜对LPFG栅区进行保护，但是金刚石镀膜通常温度都要1000°C左右，温度太低会影响金刚石膜层的内部结构，然而LPFG无法承受高于200°C的温度，否则会擦除光栅。一个解决的办法就是先在光纤上镀金刚石膜，然后再考虑在光纤上制作光栅。紫外准分子激光波长一般为193nm或248nm，根据金刚石的透光特性，在248nm可能比较好，但也受到膜层厚度、内部结构等因素的制约，可以尝试，但可操作性可能较差！另一种方案就是金刚石管套封装，充分利用了金刚石薄膜的优异特性，不仅增强了光纤传感器抗海水腐蚀能力，而且快速的导热能力提高了传感器对环境变化的响应速度，同时极低的热膨胀系数保证了在温度大范围变化时金刚石管套不会爆裂。管套封装方案最大的优点是解决了镀膜方案中温度过高擦除LPFG的问题，同时也充分利用了金刚石薄膜的优异特性，为达到上述目的，本技术的技术方案采用了金刚石套管封装方案。从上述技术方案可以看出，本技术具有以下有益效果:本技术提供的一种金刚石套管封装可抗海水侵蚀的光纤温度传感器，通过采用金刚石套管对LPFG传感器进行封装，能够避免了海水对光纤传感器的侵蚀，提高光纤传感器水下成活率；进一步提高了光纤传感器对海水温度变化的响应速率；也能有效防止了水温快速变化时封装套管的碎裂发生。【附图说明】图1为本专利技术的金刚石套管封装抗海水腐蚀的光纤温度传感器结构示意图。图2为典型的LPFG透射吸收峰谱图。其中，101长周期光纤光栅，102金刚石封装套管，103胶水，104尾纤，201光纤固定帽，202弹簧，203金刚石套管固定帽，301外壳，302中部腔体，303堵头，304上部端盖。【具体实施方式】以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。如图1所示，一种金刚石套管封装可抗海水侵蚀的光纤温度传感器，其特征在于，该传感器包括一个圆柱形外壳301，该外壳301轴线上开有上下贯穿的穿孔，且外壳301中部镂空而形成中部腔体302，外壳301 —端设有固定帽安装槽、另一端设有堵头303 ;并有一个长周期光纤光栅101穿过上述穿孔，且长周期光纤光栅101的栅区沿轴向放置于中部腔体302中央，该长周期光纤光栅101位于中部腔体302的部分由金刚石套管102封装，且长周期光纤光栅101前后两端的位于外壳301穿孔内的部分分别涂有胶水103，长周期光纤光栅101两端位于外壳301之外的部分为尾纤104，外壳301的固定帽安装槽内还设有为长周期光纤光栅101提供恒定拉力的拉伸结构，且所述的拉伸结构通过上部端盖304封闭在固定帽安装槽内。所述的拉伸结构由光纤固定帽201、弹簧202金刚石套管固定帽203组成，所述的金刚石套管固定帽203呈圆柱形且轴线上设有穿孔、末端设有限位圆台，且金刚石套管固定帽203固定于圆柱形外壳301固定帽安装槽内，所述长周期光纤光栅101穿过金刚石套管固定帽203的穿孔，所述光纤固定帽201固定在长周期光纤光栅101上，所述弹簧202套置在长周期光纤光栅101上且弹簧202前端固定于金刚石套管固定帽203、后端固定于光纤固定帽201 ;经过上述组装后的光纤固定帽201、弹簧202和金刚石套管固定帽203通过上部端盖304封闭在固定帽安装槽内。所述金刚石套管固定帽203为橡胶材质，能与胶水104 —起紧紧卡住金刚石封装套本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金刚石套管封装可抗海水侵蚀的光纤温度传感器，其特征在于，该传感器包括一个圆柱形外壳(301)，该外壳(301)轴线上开有上下贯穿的穿孔，且外壳(301)中部镂空而形成中部腔体(302)，外壳(301)一端设有固定帽安装槽、另一端设有堵头(303)；并有一个长周期光纤光栅(101)穿过上述穿孔，且长周期光纤光栅(101)的栅区沿轴向放置于中部腔体(302)中央，该长周期光纤光栅(101)位于中部腔体(302)的部分由金刚石套管(102)封装，且长周期光纤光栅(101)前后两端的位于外壳(301)穿孔内的部分分别涂有胶水(103)，长周期光纤光栅(101)两端位于外壳(301)之外的部分为尾纤(104)，外壳(301)的固定帽安装槽内还设有为长周期光纤光栅(101)提供恒定拉力的拉伸结构，且所述的拉伸结构通过上部端盖(304)封闭在固定帽安装槽内。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：万晓正，刘世萱，陈世哲，张可可，王文彦，张继明，孙金伟，闫星魁，罗非，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：新型
国别省市：山东;37
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