【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超高温测量传感器领域，特别提供一种可测量2800℃高温的传感器设计与制作。
技术介绍
1、温度是日常生活环境中一个重要测量参数，而对超高温的测量也是当今主要研究对象之一。传统的高温测量方法有热电偶测温、基于太赫兹技术的高温测量、新型高温敏感材料测温以及光学测高温等方法，然而针对1000℃到2800℃甚至更高温度的超高温测量需求，目前的测量手段及器件不足。超高温测量方法以及传感器设计与制作迫在眉睫。
2、目前，基于石墨烯材料优异的高温特性以及耐高温材料的不断进步，基于此设计并制作超高温传感器成为可能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于石墨烯膜的超高温传感器设计与制作。
2、本专利技术技术方案如下：
3、基于石墨烯膜的超高温传感器的温度敏感结构如图1所示，敏感结构由耐高温陶瓷探头、封闭式气体压力腔、石墨烯膜光纤fb腔以及耐高温隔热材料涂层构成。耐高温陶瓷选用zrc碳化物陶瓷材料，该材料用于加工耐高温陶瓷探头和光纤保护套管结构。高温隔热材料选用碳化物气凝胶，涂覆于耐高温陶瓷探头和光纤保护套管结构外表面，形成隔热涂层。在此情况下使用耐高温胶将石墨烯膜光纤fb腔封装在耐高温陶瓷保护套管和探头内，形成封闭式气体压力腔，腔内充满一定压强的干燥氮气。所述传感器的测量机理为，外界温度(被测温度)通过隔热涂层和探头陶瓷壁传导到封闭式气体压力腔内，经过隔热涂层的阻热作用传导的高温转换成较低温度，这一温度引起腔内气体压力变化，压力变化导致
4、本专利技术的有益效果为：可以准确测量超高温度场内的温度。
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1.一种基于石墨烯膜的超高温传感器及其制作方法，其特征在于：敏感结构由耐高温陶瓷探头、封闭式气体压力腔、石墨烯膜光纤FB腔以及耐高温隔热材料涂层构成，石墨烯膜光纤FB腔光源选用1550nm DBF激光光源，耐高温陶瓷探头和光纤保护套管结构选用ZrC碳化物陶瓷材料制作，碳化物气凝胶涂覆于耐高温陶瓷探头和光纤保护套管结构外表面形成耐高温隔热材料涂层，石墨烯膜光纤FB腔使用耐高温胶封装在耐高温陶瓷保护套管和探头内，形成封闭式气体压力腔，腔内充满一定压强的干燥氮气；所述传感器的测量机理为，外界温度(被测温度)通过隔热涂层和探头陶瓷壁传导到封闭式气体压力腔内，经过隔热涂层的阻热作用传导的高温转换成较低温度，这一温度引起腔内气体压力变化，压力变化导致石墨烯膜挠度变化，进而引起FB腔腔长变化，输入光信号受FB腔长调制后输出，通过光功率计可以计算出封闭式气体压力腔内压力的变化量，并通过封闭气体压力腔内气体温度-压力关系以及探头传热模型解算出被测温度。
2.按照权利要求1所述超高温传感器敏感结构，其特征在于：ZrC碳化物陶瓷材料制作耐高温陶瓷探头，碳化物气凝胶制作耐高温隔热材料涂层，外
3.按照权利要求1所述涂有隔热涂层的耐高温陶瓷探头，其特征在于：起到温度传导作用，探头经过隔热涂层的阻热作用，按一定传热规律将被测高温转换成较低温度，引起封闭气体压力腔内气体压力变化。
4.按照权利要求1所述封闭式气体压力腔，其特征在于：封闭气体压力腔内部由干燥氮气进行填充，氮气在高温下会产生膨胀，膨胀压力变化并作用于石墨烯薄膜。
5.按照权利要求1所述石墨烯薄膜，其特征在于：石墨烯薄膜吸附于ZrC碳化物陶瓷套管结构端面形成光纤FB腔结构，气体膨胀压力变化使得石墨烯薄膜弯曲变形，调制输入光信号并反射。
6.按照权利要求1所述涂有隔热涂层的光纤保护套管结构，其特征在于：起到隔热保护作用，光纤保护套管结构为ZrC碳化物陶瓷材料制作，隔热涂层为碳化物气凝胶材料，可以保护光信号传输光纤。
7.按照权利要求1所述温度信号解算方法，其特征在于：光源选用1550nm DBF激光光源，发射激光信号通过光纤及环路器进入光纤FB腔，经过石墨烯膜调制后光信号通过光纤及环路器进入光功率计，光功率计用于解算封闭式气体压力腔内氮气膨胀压变化，并通过封闭气体压力腔内气体温度-压力关系以及探头传热模型解算出被测温度。
8.按照权利要求1所述传感器测量机理，其特征在于：如图2所示，
...【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯膜的超高温传感器及其制作方法，其特征在于：敏感结构由耐高温陶瓷探头、封闭式气体压力腔、石墨烯膜光纤fb腔以及耐高温隔热材料涂层构成，石墨烯膜光纤fb腔光源选用1550nm dbf激光光源，耐高温陶瓷探头和光纤保护套管结构选用zrc碳化物陶瓷材料制作，碳化物气凝胶涂覆于耐高温陶瓷探头和光纤保护套管结构外表面形成耐高温隔热材料涂层，石墨烯膜光纤fb腔使用耐高温胶封装在耐高温陶瓷保护套管和探头内，形成封闭式气体压力腔，腔内充满一定压强的干燥氮气；所述传感器的测量机理为，外界温度(被测温度)通过隔热涂层和探头陶瓷壁传导到封闭式气体压力腔内，经过隔热涂层的阻热作用传导的高温转换成较低温度，这一温度引起腔内气体压力变化，压力变化导致石墨烯膜挠度变化，进而引起fb腔腔长变化，输入光信号受fb腔长调制后输出，通过光功率计可以计算出封闭式气体压力腔内压力的变化量，并通过封闭气体压力腔内气体温度-压力关系以及探头传热模型解算出被测温度。
2.按照权利要求1所述超高温传感器敏感结构，其特征在于：zrc碳化物陶瓷材料制作耐高温陶瓷探头，碳化物气凝胶制作耐高温隔热材料涂层，外界温度(被测温度)通过隔热涂层和探头陶瓷壁传导到封闭式气体压力腔内，通过耐高温陶瓷探头、隔热涂层及封闭式气体压力腔，将被测温度变化转换成腔内气体膨胀压力变化，将温度测量转...
【专利技术属性】
技术研发人员：史慧超，寇照杰，张悦华，李子涵，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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