一种耐高温掺杂光纤温度传感器制造技术

本发明专利技术提供的一种耐高温掺杂光纤温度传感器，包括光源、分光路器、参考光路、敏感光路、光功率计、数据处理和存储装置；所述参考光路、敏感光路并联，其一端与分光路器、光源依次连接，另一端与光功率计、数据处理和存储装置依次连接；参考光路和敏感光路均为敏感光纤。该耐高温掺杂光纤温度传感器采用掺杂蓝宝石晶体材料作为敏感光纤，包括光纤纤芯以及包覆于光纤纤芯外的包层材料，光纤纤芯制备工艺简单，具有优异的吸收特性和上转换强度，大大提高了蓝宝石光纤的应用范围；包层材料使用掺杂多晶氧化铝和Er

A Doped Optical Fiber Temperature Sensor with High Temperature Resistance

The invention provides a high temperature resistant doped optical fiber temperature sensor, which comprises a light source, a splitter, a reference light path, a sensitive light path, an optical power meter, a data processing and storage device; the reference light path and a sensitive light path are connected in parallel, one end of which is connected sequentially with a splitter and a light source, and the other end is connected sequentially with the optical power meter, data processing and storage device; All optical paths are sensitive optical fibers. The doped sapphire crystal material is used as the sensitive fiber in the temperature sensor, including the core of the fiber and the cladding material coated outside the core of the fiber. The fabrication process of the core is simple, and it has excellent absorption characteristics and up-conversion strength, which greatly improves the application scope of the sapphire fiber. The cladding material uses the doped polycrystalline alumina and Er.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温掺杂光纤温度传感器
本专利技术涉及温度检测设备领域，特别一种耐高温掺杂光纤温度传感器。
技术介绍
光纤自20世纪70年代问世以来，随着科学技术的发展，涌现了许许多多的耐高温掺杂光纤温度传感器。光纤具有体积小、重量轻、结构灵活，抗电磁干扰、电绝缘的优点。目前耐高温掺杂光纤温度传感器主要包括光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器、半导体吸收式耐高温掺杂光纤温度传感器和光纤法布里-波罗腔干涉式温度传感器等。其中，光纤布拉格光栅温度传感器是通过精密工艺在光纤中进行雕刻，使光纤内的折射率成周期性分布，形成光纤布拉格光栅(FBG)。当外界因素变化时，光纤光栅的有效折射率和光栅常数会发生变化，从而导致FBG特征波长的变化，因此光纤光栅温度传感器是利用布拉格波长对温度的敏感特性而制成的一种光纤传感器。但光纤布拉格光栅温度传感器采用波长调制，导致解调系统复杂，以及容易引起温度-应力交叉感应的问题。半导体吸收型耐高温掺杂光纤温度传感器是利用半导体材的吸收光谱随温度变化而变化的特性实现的，当光通过半导体薄膜时，如果入射光子能量超过半导体导带和价带之间的禁带宽度时，半导体薄膜就会对通过的光产生吸收。因此可以通过测量半导体吸收的光强或者光谱测量环境温度变化。但半导体吸收式耐高温掺杂光纤温度传感器存在对信号传输光纤要求高，通常需要特制大孔径光纤；而且由于光纤与半导体薄膜是间接耦合，光耦合效率远小于光纤与光纤直接熔接耦合；半导体膜片制作过程也较复杂，工艺要求较高；由于半导体吸收是导带和价带之间的电子跃迁吸收，吸收波段在紫外和可见光波段的短波段。因此要求紫外宽带光源，价格昂贵，对光纤要求也较高，且测量的精度较低，通常只有±1℃。
技术实现思路
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种耐高温掺杂光纤温度传感器。技术方案：本专利技术提供的一种耐高温掺杂光纤温度传感器，包括光源(1)、分光路器(2)、参考光路(3)、敏感光路(4)、光功率计(5)、数据处理和存储装置(6)；所述参考光路(3)、敏感光路(4)并联，其一端与分光路器(2)、光源(1)依次连接，另一端与光功率计(5)、数据处理和存储装置(6)依次连接；参考光路(3)和敏感光路(4)均为敏感光纤。作为改进，所述敏感光纤为耐高温包层掺杂蓝宝石晶体材料光纤，其包括掺杂蓝宝石光纤纤芯以及包覆于掺杂蓝宝石光纤纤芯外的包层材料；所述包层材料为掺杂多晶氧化铝和Er3+的多组分磷酸盐玻璃，所述掺杂蓝宝石光纤纤芯材料为多掺杂蓝宝石激光晶体材料，所述多掺杂蓝宝石激光晶体为Cr4+/Ho3+/Mg2+/Ti3+:Al2O3。作为改进，Cr4+、Ho3+、Mg2+的摩尔比为(3-5)：(1-3)：1。作为改进，所述Cr4+、Ho3+、Mg2+的总摩尔数与Ti3+:Al2O3摩尔数之比为(2-4)：100。作为改进，所述掺杂多晶氧化铝和Er3+的多组分磷酸盐玻璃中，多晶氧化铝的掺量为5-15重量份，Er3+的掺量为0.5-1.5重量份，以重量份计。作为改进，所述掺杂多晶氧化铝和Er3+的多组分磷酸盐玻璃组成为：P2O5：45～65重量份；K2O：10～20重量份；BaO：5～10重量份；Al2O3：10～20重量份。作为改进，所述耐高温包层掺杂蓝宝石晶体材料的制备方法，利用晶体纤维及其包层同步制备设备制得，包括以下步骤：(1)在下坩埚内装入晶体光纤原料，在上坩埚内装入包层原料；加热下坩埚和上坩埚；(2)待晶体光纤原料和包层原料融化后在包层柱顶部种籽晶，由于毛细管作用，下坩埚内的晶体光纤原料熔体通过晶体光纤供料成形管达到包层柱顶，籽晶先接触到晶体光纤供料成形管内的晶体光纤原料熔体，开始放肩；(3)晶体不断生长，由于毛细管作用，上坩埚内的包层原料熔体通过包层供料成形管达到包层柱顶，至晶体接触到包层供料成形管内的包层原料熔体，包层供料成形管内的包层原料熔体附着在光纤晶体外壁生长；从而光纤晶体和包层材料同步生长。作为改进，所述晶体纤维及其包层同步制备设备，包括下坩埚(1)、上坩埚(2)、坩埚支撑柱(3)、包层柱(4)；所述上坩埚(2)位于下坩埚(1)顶部且下坩埚(1)和上坩埚(2)之间通过坩埚支撑柱(3)连接；所述包层柱(4)一端位于下坩埚(1)内，且竖直穿过上坩埚(2)，另一端位于上坩埚(2)上方；所述包层柱(4)内设有晶体光纤供料成形管(5)和包层供料成形管(6)，所述包层供料成形管(6)为环形管道且环设于晶体光纤供料成形管(5)外。步骤(1)中，所述晶体光纤原料为Al2O3、Ti2O3、CrO2、Ho2O3、MgO。步骤(1)中，所述包层原料为掺杂多晶氧化铝和Er3+的多组分磷酸盐玻璃。有益效果：本专利技术提供的耐高温掺杂光纤温度传感器采用掺杂蓝宝石晶体材料作为敏感光纤，包括光纤纤芯以及包覆于光纤纤芯外的包层材料，光纤纤芯制备工艺简单，具有优异的吸收特性和上转换强度，大大提高了蓝宝石光纤的应用范围；包层材料使用掺杂多晶氧化铝和Er3+的多组分磷酸盐玻璃，成本低，而且可以能够满足全反射的要求；该传感器检测灵敏度高，结果准确。附图说明图1为耐高温掺杂光纤温度传感器的结构示意图。图2为晶体纤维及其包层同步制备设备的结构示意图。具体实施方式下面对本专利技术作出进一步说明。制备掺杂蓝宝石激光晶体为Cr4+/Ho3+/Mg2+/Ti3+:Al2O3。实施例1掺杂蓝宝石激光晶体材料Cr4+/Ho3+/Mg2+/Ti3+:Al2O3。掺杂蓝宝石激光晶体材料中，Cr4+、Ho3+、Mg2+的摩尔比为4：2：1；Cr4+、Ho3+、Mg2+的总摩尔数与Ti3+:Al2O3摩尔数之比为3：100。所述掺杂蓝宝石激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在坩埚中部放置中部设有毛细管的晶体生长模具，将原料Al2O3、Ti2O3、CrO2、Ho2O3、MgO置于坩埚中，加热坩埚使原料熔化形成熔体；(2)在模具顶部接籽晶提拉熔体，使籽晶在熔体的交界面上不断进行原子或分子重排，随降温逐渐凝固而生长出与模具边缘形状相同的单晶。实施例2掺杂蓝宝石激光晶体材料Cr4+/Ho3+/Mg2+/Ti3+:Al2O3。掺杂蓝宝石激光晶体材料中，Cr4+、Ho3+、Mg2+的摩尔比为3：3：1；Cr4+、Ho3+、Mg2+的总摩尔数与Ti3+:Al2O3摩尔数之比为4：100。所述掺杂蓝宝石激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在坩埚中部放置中部设有毛细管的晶体生长模具，将原料Al2O3、Ti2O3、CrO2、Ho2O3、MgO置于坩埚中，加热坩埚使原料熔化形成熔体；(2)在模具顶部接籽晶提拉熔体，使籽晶在熔体的交界面上不断进行原子或分子重排，随降温逐渐凝固而生长出与模具边缘形状相同的单晶。实施例3掺杂蓝宝石激光晶体材料Cr4+/Ho3+/Mg2+/Ti3+:Al2O3。掺杂蓝宝石激光晶体材料中，Cr4+、Ho3+、Mg2+的摩尔比为5：1：1；Cr4+、Ho3+、Mg2+的总摩尔数与Ti3+:Al2O3摩尔数之比为2：100。所述掺杂蓝宝石激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在坩埚中部放置中部设有毛细管的晶体生长模具，将原料Al2O3、Ti2O3、CrO2、Ho2O3、MgO置于坩埚中，加热坩埚使原料熔化形成熔体；(2)在模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温掺杂光纤温度传感器，其特征在于：包括光源(1)、分光路器(2)、参考光路(3)、敏感光路(4)、光功率计(5)、数据处理和存储装置(6)；所述参考光路(3)、敏感光路(4)并联，其一端与分光路器(2)、光源(1)依次连接，另一端与光功率计(5)、数据处理和存储装置(6)依次连接；参考光路(3)和敏感光路(4)均为敏感光纤。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温掺杂光纤温度传感器，其特征在于：包括光源(1)、分光路器(2)、参考光路(3)、敏感光路(4)、光功率计(5)、数据处理和存储装置(6)；所述参考光路(3)、敏感光路(4)并联，其一端与分光路器(2)、光源(1)依次连接，另一端与光功率计(5)、数据处理和存储装置(6)依次连接；参考光路(3)和敏感光路(4)均为敏感光纤。2.根据权利要求1所述的一种耐高温掺杂光纤温度传感器，其特征在于：所述敏感光纤为耐高温包层掺杂蓝宝石晶体材料光纤，其包括掺杂蓝宝石光纤纤芯以及包覆于掺杂蓝宝石光纤纤芯外的包层材料；所述包层材料为掺杂多晶氧化铝和Er3+的多组分磷酸盐玻璃，所述掺杂蓝宝石光纤纤芯材料为多掺杂蓝宝石激光晶体材料，所述多掺杂蓝宝石激光晶体为Cr4+/Ho3+/Mg2+/Ti3+:Al2O3。3.根据权利要求1所述的一种耐高温掺杂光纤温度传感器，其特征在于：Cr4+、Ho3+、Mg2+的摩尔比为(3-5)：(1-3)：1。4.根据权利要求1所述的一种耐高温掺杂光纤温度传感器，其特征在于：所述Cr4+、Ho3+、Mg2+的总摩尔数与Ti3+:Al2O3摩尔数之比为(2-4)：100。5.根据权利要求1所述的一种耐高温掺杂光纤温度传感器，其特征在于：所述掺杂多晶氧化铝和Er3+的多组分磷酸盐玻璃中，多晶氧化铝的掺量为5-15重量份，Er3+的掺量为0.5-1.5重量份，以重量份计。6.根据权利要求1所述的一种耐高温掺杂光纤温度传感器，其特征在于：所述掺杂多晶氧化铝和Er3+的多组分磷酸盐玻璃组成为：P2O5：45～65重量份；K2O：10～20重量份；BaO：5～10重量份；Al2O3：10～20重量份。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：沈荣存，
申请(专利权)人：南京同溧晶体材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32