一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法技术

本发明专利技术公开了一种本征型F‑P温度和压力传感探头的改进方法，涉及传感器技术领域，包括单模光纤，单模光纤的内部设置有光信号，单模光纤的外侧活动连接有陶瓷套芯，陶瓷套芯的外侧活动连接有密封圈，所述单模光纤的内部活动连接有石墨烯薄膜，所述单模光纤的内部设置有F‑P腔气室，所述单模光纤右侧的外部活动连接有外层保护套。该本征型F‑P温度和压力传感探头的改进方法：非本征型F‑P腔的光纤压力传感器的灵敏度可理解为薄膜中心烧度随外界压力的变化，所用石墨烯薄膜越薄，灵敏度就越大。光纤温度传感器的灵敏度受材料热光、热膨胀系数影响。而石墨稀材料具有超高的热光、热膨胀系数，故可大幅提高灵敏度，测量范围可达1008℃，在极端环境中也可应用。

An improved method of intrinsic F-P temperature and pressure sensor

【技术实现步骤摘要】
一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法
本专利技术涉及传感器
，具体为一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法。
技术介绍
本征型F-P传感器(IntrinsicFabry-PerotInterferometer,IFPI)是利用光纤本身构成一个腔长为L的F-P腔，非本征型F-P传感器(ExtrinsicFabry-PerotInterferometer,EFPI)是利用两光纤端面(两端面镀膜或不镀膜)之间的空气间隙构成一个腔长为L的F-P腔。高温传感器一直是传感器应用领域的难点，同时也是研究的重点。目前，传统电类传感器如热电偶等测量温度一般为几百度，特殊材料制作的可以达到1000多度，但其成本较高，且在上述易燃易爆环境下并不适用，也存在电磁干扰导致测量精度不高等问题。为解决上述问题，专利技术者提出了一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法，具备灵敏度高、适应范围广、测量范围大的优点，通过石墨稀材料具有的超高的热光系数和热膨胀系数，可大幅提高传感器灵敏度，其温度测量范围达到1008℃，使其在极端环境中也能得到很好的应用。用功率计测量未加石墨稀薄膜时的标准单模光纤的端面反射率为1.3％-2.0％，加石墨析薄膜后的反射率为0.27％-0.79％，石墨稀薄膜的厚度和平整度影响干涉光谱的消光比，及干涉图样的平滑程度。灵敏度可以简单理解为薄膜中心烧度随外界压力的变化，由此可见，所用薄膜越薄，其相应的传感器的灵敏度就越大，提高传感器的灵敏度并且实现结构更加小巧的最有效地方法就是降低膜片的厚度。
技术实现思路
为实现上述灵敏度高、适应范围广、测量范围大的目的，本专利技术提供如下技术方案：一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法，包括单模光纤，其特征在于：所述单模光纤的内部设置有光信号，所述单模光纤的外侧活动连接有陶瓷套芯，所述陶瓷套芯的外侧活动连接有密封圈，所述单模光纤的内部活动连接有石墨烯薄膜，所述单模光纤的内部设置有F-P腔气室，所述单模光纤右侧的外部活动连接有外层保护套，所述石墨烯薄膜与外层保护套之间设置有保护气室。作为优选，所述F-P腔气室是由陶瓷套芯套设在单模光纤的外侧形成的。作为优选，所述石墨烯薄膜在附着在陶瓷套芯端面之前，陶瓷套芯必须在超声清洗机中分别用酒精和丙酮充分清洗各60min，之后用去离子水彻底清洗。作为优选，所述石墨烯薄膜的粘合特性，由陶瓷套芯表面的光滑程度、洁净度、表面平整度决定。根据所述的一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法，现提出一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进操作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将一个单模光纤插入到一个陶瓷套芯当中，单模光纤的端面与陶瓷套芯端面预留一段空隙，在陶瓷套芯另一端面用石墨燃薄膜封住，制得空气腔；S2：将石墨烯薄膜在附着在陶瓷套芯端面之前，陶瓷套芯必须在超声清洗机中分别用酒精和丙酮充分清洗各20min；S3：将S2中清洗完成的陶瓷套芯放入去离子水中彻底清洗；S4：将石墨烯薄膜附着在S3中处理完成的陶瓷套芯的端面；S5：将石墨烯薄膜附着在陶瓷套芯的端面后，将整个装置放在真空干燥箱中干燥60min，直到石墨烯薄膜完全干燥；S6：由于分子间的范德华引力，使得石墨烯薄膜牢牢附着在陶瓷套芯3表面完全密封，其中，石墨稀薄膜的粘合特性：由陶瓷套芯表面的光滑程度、洁净度、表面平整度决定；S7：利用密封圈将石墨烯薄膜再一次压紧到陶瓷套芯上，防止应用期间受影响脱落；S8：将外层保护套套设在装置整体的外侧，此时石墨烯薄膜与外层保护套之间形成保护气室。作为优选，所述单模光纤的内部设置有光纤与石英毛细管熔接，所述光纤与石英毛细管熔接和单模光纤之间设置有石英毛细管微腔。作为优选，所述光纤与石英毛细管熔接包括有石英毛细管，该石英毛细管的内径为30um，单模光纤与该石英毛细管熔接形成光纤与石英毛细管熔接。作为优选，所述石英毛细管微腔是通过显微镜，距离光纤与石英毛细管熔接的熔接点几十微米处切割石英毛细管形成。根据所述的一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法，现提出一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进操作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将一根标准的单模光纤1首先与一段切割好的石英毛细管相熔接，该石英毛细管的内径为30um；S2：熔接完成后，在显微镜下，距离光纤与石英毛细管熔接的熔接点几十微米处切割石英毛细管，制得石英毛细管微腔；S3：将带有开腔的光纤传感头插入到一个陶瓷套芯之中，调整光纤的长度，使得陶瓷套芯的端面和光纤传感头的开腔端面处在同一个平面上；S4：将带有石墨稀薄膜的传感头放置在干燥箱当中，干燥2h；S5：在干燥过程中，由于毛细管作用力的存在，水分子会进入到陶瓷套芯和光纤之间的缝隙当中，这可能有利于保护石墨稀薄膜不受损坏，并且其表面张力可以防止水分子进入到腔体之中；S6：在水分完全蒸发掉之后，由于范德华力，石墨烯薄膜会牢牢粘附在陶瓷套芯的表面完全密封，其中，石墨稀薄膜的粘合特性：由陶瓷套芯表面的光滑程度、洁净度、表面平整度决定；S7：利用密封圈将石墨烯薄膜再一次压紧到陶瓷套芯上，防止应用期间受影响脱落；S8：将外层保护套套设在装置整体的外侧，此时石墨烯薄膜与外层保护套之间形成保护气室。本专利技术的有益效果：1、该本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法：非本征型F-P腔干涉仪具备结构紧凑、稳定性高、测量范围大、灵敏度高等优点。2、该本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法：非本征型F-P腔光纤压力传感器的灵敏度可以简单理解为薄膜中心烧度随外界压力的变化，由此可见，所用薄膜越薄，其相应的传感器的灵敏度就越大。提高传感器的灵敏度并且实现结构更加小巧的最有效地方法就是降低膜片的厚度。单层墨稀的厚度为0.335nm。石墨稀具有很强的机械强度，理论上可以拉伸20％。3、该本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法：非本征型F-P腔光纤温度传感器的灵敏度都会受到材料的热光系数和热膨胀系数的影响。其中，石墨稀材料有着超高的热光系数和热膨胀系数，可大幅提高传感器灵敏度，其温度测量范围达到1008℃，使其在极端环境中也能得到很好的应用。4、该本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法：非本征型F-P腔光纤压力传感器的压强灵敏度取决于石墨稀薄膜的预应力、厚度。较少层数的石墨稀利于提高灵敏度，但会影响传感头干涉谱的消光比。层数越少，其反射率越少；层数越多，干涉谱的消光比越大。附图说明图1为本专利技术实施例一结构示意图；图2为本专利技术实施例二结构示意图。图中：1单模光纤、2光信号、3陶瓷套芯、4密封圈、5石墨烯薄膜、6F-P腔气室、7-外层保护套、8-保护气室、9-光纤与石英毛细管熔接、10-石英毛细管微腔。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法，包括单模光纤(1)，其特征在于：所述单模光纤(1)的内部设置有光信号(2)，所述单模光纤(1)的外侧活动连接有陶瓷套芯(3)，所述陶瓷套芯(3)的外侧活动连接有密封圈(4)，所述单模光纤(1)的内部活动连接有石墨烯薄膜(5)，所述单模光纤(1)的内部设置有F-P腔气室(6)，所述单模光纤(1)右侧的外部活动连接有外层保护套(7)，所述石墨烯薄膜(5)与外层保护套(7)之间设置有保护气室(8)。/n

【技术特征摘要】
1.一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法，包括单模光纤(1)，其特征在于：所述单模光纤(1)的内部设置有光信号(2)，所述单模光纤(1)的外侧活动连接有陶瓷套芯(3)，所述陶瓷套芯(3)的外侧活动连接有密封圈(4)，所述单模光纤(1)的内部活动连接有石墨烯薄膜(5)，所述单模光纤(1)的内部设置有F-P腔气室(6)，所述单模光纤(1)右侧的外部活动连接有外层保护套(7)，所述石墨烯薄膜(5)与外层保护套(7)之间设置有保护气室(8)。


2.根据权利要求1所述的一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法，其特征在于：所述F-P腔气室(6)是由陶瓷套芯(3)套设在单模光纤(1)的外侧形成的。


3.根据权利要求1所述的一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法，其特征在于：所述石墨烯薄膜(5)在附着在陶瓷套芯(3)端面之前，陶瓷套芯(3)必须在超声清洗机中分别用酒精和丙酮充分清洗各20min，之后用去离子水彻底清洗。


4.根据权利要求1所述的一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法，其特征在于：所述石墨烯薄膜(5)的粘合特性，由陶瓷套芯(3)表面的光滑程度、洁净度、表面平整度决定。


5.根据权利要求1所述的一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进方法，现提出一种本征型F-P温度和压力传感探头的改进操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将一个单模光纤(1)插入到一个陶瓷套芯(3)当中，单模光纤(1)的端面与陶瓷套芯(3)端面预留一段空隙，在陶瓷套芯(3)另一端面用石墨燃薄膜(5)封住，制得空气腔；
S2：将石墨烯薄膜(5)在附着在陶瓷套芯(3)端面之前，陶瓷套芯(3)必须在超声清洗机中分别用酒精和丙酮充分清洗各20min；
S3：将S2中清洗完成的陶瓷套芯(3)放入去离子水中彻底清洗；
S4：将石墨烯薄膜(5)附着在S3中处理完成的陶瓷套芯(3)的端面；
S5：将石墨烯薄膜(5)附着在陶瓷套芯(3)的端面后，将整个装置放在真空干燥箱中干燥60min，直到石墨烯薄膜(5)完全干燥；
S6：由于分子间的范德华引力，使得石墨烯薄膜(5)牢牢附着在陶瓷套芯(3)表面完全密封，其中，石墨稀薄膜(5)的粘合特性：由陶瓷套芯(3)表面的光滑程度、洁净度、表面平整度决定；
S7：利用密封圈(4)将石墨烯薄膜(5)再一次压紧到陶瓷套...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑妍，张刘，张冠宇，孙秋香，吕雪莹，樊毅尧，宋洪震，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22