一种球形结构光纤的温度传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种球形结构光纤的温度传感器，所述系统主要由宽带光源、输入光纤、输入球形结构光纤、连接光纤、输出球形结构光纤、输出光纤、光谱仪构成；从宽带光源发出的光经输入光纤入射到输入球形结构光纤后，激发起对外界温度敏感的包层模式，并与连接光纤中的芯层模式发生马赫一曾特干涉，之后经过输出球形结构光纤耦合入输出光纤，入射到光谱仪上；当外界环境温度改变时，干涉衰减峰的波长位置会发生相应改变，通过检测光谱仪上透射光干涉衰减峰的波长值来实现对外界温度的测量。该光纤传感器具有结构简单、测量方便、灵敏度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及温度检测技术、光纤传感技术，利用的是球形结构光纤对外界温 度变化的灵敏特性以及不同外界温度会使透射光衰减峰的波长值发生改变的方法，具有结 构简单、体积小、响应速度快、灵敏度高、安全可靠等诸多优点，它属于光纤温度传感领域。
技术介绍
以当前光纤温度传感器与传统的温度传感器相比具有很多优点，特别是光纤工作 频率宽，动态范围大，是一种低损耗传输线，并且由于体积小、质量轻、抗辐射性好等特点， 成为替代传统温度传感器的商品。光纤温度传感器自问世以来，开始逐渐适用于电力系统、 建筑、化工、海洋开发等领域，并已取得了许多实际应用成果。 例如分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、光纤荧光温度传感器、干涉型 光纤温度传感器等，同时这些传感器在实际应用中还需考虑许多因素，比如传感器的制作 成本，使用的寿命长短，测量的精度，光检测器波长分辨率的大小等问题。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服上述产生的问题，满足实际的工作需求，提出一种 球形结构的温度光纤传感器，该系统结构简单、设计合理，成本低廉、直接实时、结果有效准 确。 为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种球形结构的温度光纤传感 器，由宽带光源、输入光纤、输入球形结构光纤、连接光纤、输出球形结构光纤、输出光纤、光 谱仪构成。从宽带光源发出的光经输入光纤入射到输入球形结构光纤后，激发起对外界温 度敏感的包层模式，并与连接光纤中的芯层模式发生马赫-曾特干涉，之后经过输出球形 结构光纤耦合入输出光纤，入射到光谱仪上；当外界环境温度改变时，透射光的干涉衰减峰 的波长位置会发生相应改变，通过检测光谱仪上透射光干涉衰减峰的波长值来实现对外界 温度的测量。 其中透射光干涉衰减峰的波长变化值δ λ与温度变化值Δ T满足： 其中，上式中nrara、Ilad分别表示纤芯、包层的有效折射率，ζζ是表示包 层、纤芯有效的热光系数，X dip是表不透射光干涉衰减峰对应的波长值；α表不光纤表面 二氧化硅的热膨胀系数，随着外界温度的改变，透射光干涉衰减峰波长会发生改变，因此球 形结构光纤具有较高的温度灵敏特性。 本技术所述输入球形结构光纤和输出球形结构光纤是利用光纤熔接机对光 纤端面进行电流放电制作出来的，输入球形结构光纤的球形直径是188. 87 μπι，输出球形结 构光纤的球形直径是179. 98 μ m，能有效的通过透射光衰减峰波长值。 本技术所述的宽带光源用作发出入射光，光谱范围为650nm-1700nm，能够包 含球形结构光纤所通过的透射光衰减峰波长值。 本技术所述的光谱仪用作接收光源，分辨率是〇. 〇lnm，能精确测得不同温度 下球形结构光纤所通过的透射光衰减峰波长值。 本技术所述的输入光纤、连接光纤、输出光纤都是普通单模光纤，其包层直径 是125 μ m，纤芯直径是8 μ m。 本技术所具有的特点优势为：1.所有仪器材料都很普遍，系统结构简单； 2.外界环境温度测定直接实时检测，且操作简单；3.所有操作都没涉及危险药品，安全可 与巨〇【附图说明】 图1为本技术的结构示意图 图2为本技术的不同温度下的光谱图 图3为本技术的实验结果图【具体实施方式】 本技术适用的温湿度条件为：> 5°C，0-90% RH。 如图1所示，它是一种球形结构的温度光纤传感器。 首先要用商业熔接机将一根普通光纤制作成直径宽度分别为188. 87 μπι的输入 球形结构光纤（3)、179. 98 μ m的输出球形结构光纤（5)。将输入光纤（3)和输出光纤（5)的 末端超出电极棒180 μ m，设置放电参数放电时间为1300ms，放电强度为200bit，使输入（输 出）光纤尖端软化，变成一个球体，最后通过手动方式完成输入光纤（3)和输出光纤（5)跟 连接光纤（4)末端的连接，构成球形结构光纤传感器。将输入光纤（2)、输出光纤（6)分别 与宽带光源（1)和光谱仪（7)连接好，构成光纤传感系统。在实验室进行不同外界温度的 仿真测量时，在输入球形结构光纤（3)、连接光纤（4)和输出球形结构光纤（5)下放置一块 加热板，加热板的温度可控范围是18°C -150°C，其精确温度值是0. 1°C。通过改变加热板的 温度，从18°C到78°C对球形结构光纤进行加热，并观察光谱仪（7)上透射光的衰减峰波长 值变化情况。宽带光源（1)的光谱范围为650nm-1700nm，发出的光经输入光纤（2)入射到 输入球形结构光纤（3)当中，通过连接光纤（4)、输出球形结构光纤（5)、输出光纤（6)、入射 到光谱仪（7)上就可以读出不同温度条件下的球形结构光纤对应的透射光衰减峰波长值， 拟合计算出透射光衰减峰波长值与外界温度变化的关系，从而达到检测外界温度的目的。 如图2所示，在实验室进行不同外界温度的仿真测量时的实验结果图，表示透射 光衰减峰的波长值与外界不同温度值的波形图。可以得到，最大消光比可以达到18dBm，随 着外界温度的不断升高，发生明显的红移现象。 如图3所示，为实验结果图，表示透射光衰减峰的波长值与外界不同温度值的拟 合线性关系图。透射光衰减峰的波长值与外界不同温度呈良好的线性关系，拟合系数约为 0. 9978,其灵敏度值为0. 13982nm/°C。根据光谱仪的波长分辨率，通过计算可以得到本实用 新型的探测极限为7. 15X 10 2°C，具有较高的分辨数值。 本领域技术人员清楚地知道，根据本技术的方法，可以实现在某些特定环境 下对温度的检测，例如化工、发电厂、建筑、变电站等环境温度及火灾报警系统的检测等，宽 带光源、球形结构光纤和光谱仪等可以进行新的统一搭配，装置结构可以进行优化设计，本 技术的保护范围并不局限于以上实施例。【主权项】1. 一种球形结构光纤的温度传感器，其特征是：由宽带光源（I)、输入光纤（2)、输入球 形结构光纤（3)、连接光纤（4)、输出球形结构光纤（5)、输出光纤（6)、光谱仪（7)构成；从 宽带光源（1)发出的光经输入光纤（2)入射到输入球形结构光纤（3)后，激发起对外界温 度敏感的包层模式，并与连接光纤（4)中的芯层模式发生马赫-曾特干涉，之后经过输出球 形结构光纤（5)耦合入输出光纤（6)，入射到光谱仪（7)上；当外界环境温度改变时，干涉 衰减峰的波长位置会发生相应改变，通过检测光谱仪（7)上透射光干涉衰减峰的波长值来 实现对外界温度的测量。2. 根据权利要求1所述的一种球形结构光纤的温度传感器，其特征是：所述输入球形 结构光纤（3)和输出球形结构光纤（5)是利用光纤熔接机对光纤端面进行电流放电制作出 来的，输入球形结构光纤（3)的球形直径是188. 87 ym，输出球形结构光纤（5)的球形直径 是 179. 98 y m〇3. 根据权利要求1所述的一种球形结构光纤的温度传感器，其特征是：所述宽带光源 (1)的光谱范围为650nm-1700nm，能够包含由输入球形结构光纤（3)、连接光纤⑷和输出 球形结构光纤（5)构成的马赫-曾特干涉所形成的透射光干涉衰减峰波长值。4. 根据权利要求1所述的一种球形结构光纤的温度传感器，其特征是：所述光谱仪（7) 能测得不同温度下透射光干涉衰减峰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球形结构光纤的温度传感器，其特征是：由宽带光源(1)、输入光纤(2)、输入球形结构光纤(3)、连接光纤(4)、输出球形结构光纤(5)、输出光纤(6)、光谱仪(7)构成；从宽带光源(1)发出的光经输入光纤(2)入射到输入球形结构光纤(3)后，激发起对外界温度敏感的包层模式，并与连接光纤(4)中的芯层模式发生马赫‑曾特干涉，之后经过输出球形结构光纤(5)耦合入输出光纤(6)，入射到光谱仪(7)上；当外界环境温度改变时，干涉衰减峰的波长位置会发生相应改变，通过检测光谱仪(7)上透射光干涉衰减峰的波长值来实现对外界温度的测量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卞继城，郎婷婷，孔文，俞文杰，金嘉俊，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：新型
国别省市：浙江;33