基于液体封装的光纤fp腔温度传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于液体封装的光纤FP腔温度传感器。该传感器包括单模光纤以及折射率液，其特征在于：单模光纤内有一个球型腔，形成一个FP干涉仪，并且在球型腔侧方上有一个小孔，使其与外部连通；所述的干涉仪封装在折射率液中，使折射率液充满球型腔。当外界的温度发生改变时，由于折射率液的热膨胀系数较小，由此引发的改变可以忽略不计，故主要作用为热光效应，引起FP干涉仪腔内液体折射率的改变，进一步导致该干涉仪的反射谱发生漂移，该反射光谱波长漂移量的大小与温度的大存在相关关系，因而通过检测波长漂移量，可以实现温度的实时测量。
【专利说明】
基于液体封装的光纤FP腔溫度传感器
技术领域
[0001] 本实用新型属于传感器领域，具体设及一种基于液体封装的光纤FP腔溫度传感 器。
【背景技术】
[0002] 光纤测溫是20世纪70年代发展起来的一口新兴测溫技术，与传统的溫度传感器相 比具有很多优点光波不产生电磁干扰，也不怕电磁干扰，易被各种光探测器件接收，可方便 地进行光电或电光转换，易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配，光纤工作频率宽， 动态范围大，是一种低损耗传输线，光纤本身不带电，体积小质量轻，易弯曲，抗福射性能 好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。国外一些发 达国家对光纤溫度传感技术的应用研究已取得丰富成果，不少光纤溫度传感器系统已实用 化，成为替代传统溫度传感器的商品。所有与溫度相关的光学现象或特性，本质上都可W用 于溫度测量，基于此，用于溫度测量的现有光学技术相当丰富。
[0003] 在油藏工业中，对产油井溫度的实时、动态式监测，是提高油气产量的重要措施之 一。为了提高石油产量，需要对油井注入高溫蒸汽，由于传统的电子式溫度传感器有输出信 号弱，在高溫环境下易受电磁干扰，不能满足测量的需要。分布式光纤光栅溫度传感器，采 用的封装结构是:将光栅两端的尾纤部分分别弯曲后封装在半毛细金属管上，再将半毛细 金属管套装在金属管内部，灵敏度高，金属管轴向可随意伸缩;但其易受电磁干扰，无法在 恶劣环境下测量。而一种基于选择性渗透的光子晶体光纤溫度传感器，运类传感器灵敏度 高，然而制造工艺复杂。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述现有技术的不足，本实用新型公开了一种基于液体封装的光纤FP腔 溫度传感器。该传感器具有结构简单、成本低、易于制造、操作可靠 W及灵敏度高等优点。
[0005] 本实用新型所采用的技术方案是:基于液体封装的光纤FP腔溫度传感器，该传感 器包括单模光纤W及折射率液，其特征在于：单模光纤内有一个球型腔，形成一个FP干设 仪，并且在球型腔侧方上有一个小孔，使其与外部连通;所述的干设仪封装在折射率液中， 使折射率液充满球型腔。进一步，所述的单模光纤均为通信用单模光纤，其包层直径为125 微米;所述的球型腔的直径为50-70微米;所述的小孔直径为30-50微米;所述的折射率液的 折射率为1.30-1.40，热光系数大于0.0003/°C。
[0006] 本实用新型的有益效果是：
[0007] 1)传感器由单模光纤组成，制备过程中只需使用飞秒激光器和普通商用光纤烙接 机，具有成本低、制备简单的优点。
[000引2)传感器尺寸小，全长不超过1毫米，因此所述传感器具有较好的机械强度，同时 方便在狭小空间使用。
[0009] 3)该传感器利用液体的热光效应，能够更准确地测量溫度值。
【附图说明】
[0010] 下面结合附图及具体方式对本实用新型作进一步说明。
[0011] 图1是本实用新型的结构示意图。图中：
[0012] 1.单模光纤，2.小孔，3.球型腔，4.折射率液
【具体实施方式】
[0013] 如图1，制备传感器的步骤为:第一步，将单模光纤端面切平滑。第二步，用飞秒激 光器在该平滑端面中屯、钻一个凹孔，其直径为0.5-1.5微米。第S步，将上述制造的光纤头 与另一截单模光纤烙接，形成一个球型腔，其直径为50-70微米。第四步，使用飞秒激光器在 球型腔侧方上打开一个小孔，使其与外部连通，并且该小孔的直径为30-50微米。第五步，将 上述干设仪封装在折射率液中，使折射率液充满球型腔。
[0014] 本实用新型的具体工作原理是:光束在球型腔的两个端面分别发生反射，因其经 历的光程差异，故产生相位差，发生干设，干设光强可W表示为：
[0015]
[0016] 其中两端面的反射光强分别为Ii与l2，A为入射光波长，，0为初始相位。
[0017] 两个端面反射光的相位差满足如下条件：
[001 引
[0019] 其中m为整数，Am为m次干设后的波长。
[0020] 由h古巧得出该朵绅FP午诫化的媪度灵敏度：
[0021；
[0022] 其中drVdT为折射率液的热光系数，化/肌为折射率液的热膨胀系数。
[0023] 当外界的溫度发生改变时，由于折射率液的热膨胀系数较小，由此引发的改变可 W忽略不计，故主要作用为热光效应，引起FP干设仪腔内液体折射率的改变，进一步导致该 干设仪的反射谱发生漂移，该反射光谱波长漂移量的大小与溫度的大存在相关关系，因而 通过检测波长漂移量，可W实现溫度的实时测量。
【主权项】
1. 基于液体封装的光纤FP腔温度传感器，包括单模光纤（1)以及折射率液(4)，其特征 在于:单模光纤内有一个球型腔(3)，形成一个FP干涉仪，并且在球型腔(3)侧方上有一个小 孔(2 )，使其与外部连通;所述的干涉仪封装在折射率液(4)中，使折射率液(4)充满球型腔 ⑶。2. 根据权利要求1所述的基于液体封装的光纤FP腔温度传感器，其特征在于:所述的单 模光纤(1)均为通信用单模光纤，其包层直径为125微米。3. 根据权利要求1所述的基于液体封装的光纤FP腔温度传感器，其特征在于:所述的小 孔(2)直径为30-50微米。4. 根据权利要求1所述的基于液体封装的光纤FP腔温度传感器，其特征在于:所述的球 型腔(3)的直径为50-70微米。5. 根据权利要求1所述的基于液体封装的光纤FP腔温度传感器，其特征在于:所述的折 射率液(4)的折射率为1.30-1.40，其热光系数大于0.0003/°C。
【文档编号】G01K11/32GK205691261SQ201620647347
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月21日 公开号201620647347.X, CN 201620647347, CN 205691261 U, CN 205691261U, CN-U-205691261, CN201620647347, CN201620647347.X, CN205691261 U, CN205691261U
【发明人】杨易, 黄杰, 徐贲, 王东宁
【申请人】中国计量大学