本发明专利技术公开了一种光纤辐照监测装置及方法，其光纤辐照监测装置包括：光纤激光器，由光纤激光器射出的信号激光的输出功率不小于500W、光束质量因子M2小于1.5；多模光纤；包层光滤除器，包层光滤除器的外侧封装有金属封装层；温度传感器，温度传感器布置于金属封装层；温度数据处理器，温度数据处理器与温度传感器连接；以及，热电材料吸收体；光纤激光器射出的信号激光耦合至多模光纤的纤芯；多模光纤和包层光滤除器耦合连接，使得在多模光纤的纤芯中传输的信号激光耦合至包层光滤除器，并射入热电材料吸收体；在多模光纤的内包层中传输的包层光被包层光滤除器滤出至金属封装层。本发明专利技术实现了大剂量辐照环境的长时间有效监测。实现了大剂量辐照环境的长时间有效监测。实现了大剂量辐照环境的长时间有效监测。
【技术实现步骤摘要】
一种光纤辐照监测装置及方法
[0001]本专利技术属于核辐射监测
，更具体地，涉及一种光纤辐照监测装置及方法。
技术介绍
[0002]目前核探测技术主要包括气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器以及光纤探测器。其中光纤探测器克服了电子器件和电信号对环境的高敏感性，且光信号在光纤中传输损耗比较低，因此光纤探测器非常适合长距离铺设和监测。
[0003]但是在实际应用中光纤探测器还没有得到广泛的推广，其中一个重要的原因是因为普通的辐照敏感的光纤辐照饱和剂量小，不合适大剂量辐照探测，对于高辐照敏感光纤（剂量率为0.01Gy/h）而言，其辐照饱和剂量只有10Gy左右，在实际应用需要频繁的更换光纤，增加维护成本。但要实现光纤辐照监测系统对大剂量辐照环境长时间有效的监测，监控的物理参数需要具有很高的辐照饱和值，因此，现有光纤因其辐照易饱和而无法监测大剂量、大剂量率的核探测，严重阻碍了光纤探测器的发展和推广。
[0004]因此，怎样实现不具有很高辐照饱和值的光纤能够监测大剂量和大剂量率的高辐照是本领域技术人员亟待解决的难题。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种光纤辐照监测装置及方法。
[0006]本专利技术公开了一种光纤辐照监测装置，包括：用于发射信号激光的光纤激光器，由所述光纤激光器射出的信号激光的输出功率不小于500W、光束质量因子M2小于1.5；多模光纤；包层光滤除器，所述包层光滤除器的外侧封装有金属封装层；温度传感器，所述温度传感器布置于所述金属封装层，用以测量所述金属封装层的温度；温度数据处理器，所述温度数据处理器与所述温度传感器连接；以及，热电材料吸收体；所述光纤激光器射出的信号激光耦合至所述多模光纤的纤芯；所述多模光纤和所述包层光滤除器耦合连接，使得在所述多模光纤的纤芯中传输的信号激光耦合至所述包层光滤除器，并射入所述热电材料吸收体；在所述多模光纤的内包层中传输的包层光被所述包层光滤除器滤出至所述金属封装层。
[0007]可选地，还包括合束器，所述光纤激光器射出的信号激光经所述合束器耦合至所述多模光纤的纤芯。
[0008]可选地，还包括用于发射漂白光的漂白光源，所述漂白光源射出的漂白光经所述合束器耦合至所述多模光纤的内包层，所述内包层套接于所述纤芯的外侧。
[0009]可选地，所述多模光纤为三包层光纤，其包括由内而外依次设置的所述纤芯，由掺氟的二氧化硅构成的所述内包层，第二包层以及第三包层；所述纤芯的折射率大于所述内包层的折射率；所述内包层的折射率大于所述第二包层的折射率；所述第二包层的折射率小于所述第三包层的折射率。
[0010]可选地，所述包层光滤除器的输入光纤和输出光纤均为双包层光纤，所述双包层光纤的纤芯尺寸大于所述多模光纤的纤芯尺寸，所述双包层光纤的内包层尺寸大于所述多模光纤的内包层尺寸；所述双包层光纤的纤芯数值孔径大于所述多模光纤的纤芯数值孔径。
[0011]可选地，所述金属封装层套设于所述包层光滤除器的封装光纤的外侧，所述封装光纤的外包层为高折射率层，所述高折射率层的折射率大于1.456，且所述高折射率层的折射率的波动范围的绝对值小于0.044。
[0012]可选地，所述温度数据处理器包括温度获取模块和处理模块；所述温度获取模块与所述温度传感器连接；所述处理模块与所述温度获取模块连接；其中，所述处理模块计算辐照总剂量、辐照剂量率满足以下公式：辐照总剂量、辐照剂量率满足以下公式：其中，为辐照总剂量，单位为Gy；为经验值；为包层光滤除器的封装光纤的纤芯数值孔径；为封装光纤的纤芯直径，单位为μm；为封装光纤的套接其纤芯外侧的内包层的内包层直径，单位为μm；为辐照前金属封装层的温度，单位为℃；为辐照后金属封装层的温度，单位为℃；为光纤激光器的中心波长，单位为μm；为辐照剂量率，单位为Gy/h；为辐照时长，单位为h。
[0013]本专利技术还公开了一种光纤辐照监测方法，其适用于上述任意一项所述的光纤辐照监测装置，包括步骤：S1，获取辐照前金属封装层的温度；S2，多模光纤于待测辐照场进行辐照，并获取所述多模光纤的辐照时长以及所述辐照时长对应的辐照后金属封装层的温度；S3，根据包层光滤除器的封装光纤的纤芯数值孔径、封装光纤的纤芯直径、封装光纤的套接其纤芯的外侧的内包层的内包层直径、温度、温度、光纤激光器的中心波长的函数关系得到辐照总剂量；根据辐照总剂量与辐照时长得到辐照剂量率。
[0014]可选地，所述函数关系满足：所述函数关系满足：辐照总剂量和辐照剂量率满足：
其中，单位为Gy；为经验值；单位为μm；单位为μm；、单位为℃；单位为μm；单位为Gy/h；单位为h。
[0015]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：高能射线（如核辐射等）会导致多模光纤中产生色心，而色心的产生会导致多模光纤折射率发生变化并且造成多模光纤中的瑞利散射增强，从而导致在纤芯传输的信号激光会被泄露到石英包层（即内包层）中，成为包层光，包层光在经过包层光滤除器时，会被包层光滤除器滤出至金属封装层，从而导致金属封装层的温升，通过监控金属封装层的温升量和温升速度，从而计算出辐射场的总剂量和剂量率。通过检测因部分因高能辐照而产生色心而泄露到内包层的那少部分信号激光导致的温升，从而大大提高了本专利技术可监测辐照剂量和/或辐照剂量率的上限，从而使得本专利技术可在高剂量和/或高辐照剂量率环境中应用。且未因色心而泄露到内包层的大部分信号激光则被热电材料吸收体所吸收和衰减避免高功率的信号激光产热而引发安全事故，大大提高了本专利技术使用的安全性。
[0016]与现有技术相比，结构简单，易于实现，布局紧凑，可对大剂量辐照环境长时间进行有效的监测，推测受到辐照后多模光纤的温度变化情况，对光纤激光器的结构进行合理的设计，提高光纤激光器的可靠性。且使用过程中，无需频繁更换多模光纤、也无需多模光纤具有很高的剂量饱和值，使用成本低。
[0017]通过漂白光不断对多模光纤进行漂白，从而使得因高能辐照而导致性能降低的多模光纤得以恢复，实现了多模光纤使用过程中的持续性高品质，有效保证了本专利技术的长使用寿命及其监测结果的高精准度、长效稳定性和科学性。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的光纤辐照监测装置的一种实施例结构示意图；图2为本专利技术的光纤辐照监测装置应用于γ射线辐照的一种实施例结构示意图；图3为受到总剂量1000Gy辐照前后的多模光纤的包层光对比图。
[0019]在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1
‑
光纤激光器，2
‑
合束器，3
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多模光纤，4
‑
包层光滤除器，5
‑
温度传感器，6
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温度数据处理器，7
‑
热电材料吸收体，8、9、10、11、12、13
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漂白光源，14
‑
γ射线待测辐照场。
具体实施方式<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光纤辐照监测装置，其特征在于，包括：用于发射信号激光的光纤激光器，由所述光纤激光器射出的信号激光的输出功率不小于500W、光束质量因子M2小于1.5；多模光纤；包层光滤除器，所述包层光滤除器的外侧封装有金属封装层；温度传感器，所述温度传感器布置于所述金属封装层，用以测量所述金属封装层的温度；温度数据处理器，所述温度数据处理器与所述温度传感器连接；以及，热电材料吸收体；所述光纤激光器射出的信号激光耦合至所述多模光纤的纤芯；所述多模光纤和所述包层光滤除器耦合连接，使得在所述多模光纤的纤芯中传输的信号激光耦合至所述包层光滤除器，并射入所述热电材料吸收体；在所述多模光纤的内包层中传输的包层光被所述包层光滤除器滤出至所述金属封装层。2.如权利要求1所述的光纤辐照监测装置，其特征在于，还包括：合束器，所述光纤激光器射出的信号激光经所述合束器耦合至所述多模光纤的纤芯。3.如权利要求2所述的光纤辐照监测装置，其特征在于，还包括：用于发射漂白光的漂白光源，所述漂白光源射出的漂白光经所述合束器耦合至所述多模光纤的内包层，所述内包层套接于所述纤芯的外侧。4.如权利要求1
‑
3任意一项所述的光纤辐照监测装置，其特征在于：所述多模光纤为三包层光纤，其包括由内而外依次设置的所述纤芯，由掺氟的二氧化硅构成的所述内包层，第二包层以及第三包层；所述纤芯的折射率大于所述内包层的折射率；所述内包层的折射率大于所述第二包层的折射率；所述第二包层的折射率小于所述第三包层的折射率。5.如权利要求1
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3任意一项所述的光纤辐照监测装置，其特征在于：所述包层光滤除器的输入光纤和输出光纤均为双包层光纤，所述双包层光纤的纤芯尺寸大于所述多模光纤的纤芯尺寸，所述双包层光纤的内包层尺寸大于所述多模光纤的内包层尺寸；所述双包层光纤的纤芯数值孔径大于所述多模光纤的纤芯数值孔径...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨雨，戴玉芬，廖明龙，王天晗，雷敏，王光斗，武春风，李强，姜永亮，刘厚康，宋祥，
申请(专利权)人：武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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