应变隔绝的布拉格光栅温度传感器的制作方法

专利名称：应变隔绝的布拉格光栅温度传感器的制作方法
技术领域：
这个发明涉及光纤光栅，并且更具体而言涉及包在管中应变隔绝的光纤光栅温度传感器。
背景技术：
在纤维光学的技术中已知嵌入在光纤中的布拉格光栅可以被埋置在结构中并被用于检测诸如结构的温度和/或胁度等参数，例如在Moltz等的题为“分布的空间分辨光纤应变计”的4,806,012号美国专利和Morey的题为“分布多路的光纤布拉格光栅传感器装置”的4,996,419号美国专利中被描述的。还已经知道归因于折射率和光栅间距在温度范围内的改变光栅12的反向波长λ随温度改变(Δλ/ΔT)，例如在Morey等的题为“含有布拉格滤波器温度补偿的光波导管器件”的5,042,898号美国专利中被描述的。
然而，当光纤光栅被用于只测量温度而且未被嵌入或被耦合或附着到被监测的整个结构时，光纤和光栅上的任何应变都引起光栅反射波长的改变，它能导致在光栅温度测量上的不准确。
发明概述本发明的目的包括光纤光栅温度传感器的提供，该传感器使光栅在光纤上呈现应变时能被用作温度传感器。
根据本发明应变隔绝的纤维光学温度传感器，包含具有至少0.3mm的外部横向线度并具有至少一个被配置在那里的反射元件的光学敏感元件，反射元件具有反射波长；附着到敏感元件的至少一个轴向终端的光纤；至少一部分敏感元件具有连接的并且基本上由相同材料制成的横向截面；并且反射波长的改变归因于敏感元件在温度上的变化而不归因于在光纤上的应变。
进一步根据本发明，敏感元件包含具有反射元件被嵌入在那里的光纤；具有光纤及反射元件被包装在其中的管子，管子被熔合到光纤的至少一部分。另外根据本发明，敏感元件包含具有外包壳及配置在其中内芯的大直径光波导管，并具有被配置在那里的反射元件。
另外根据本发明，敏感元件包含沿着管子的纵轴被熔合到至少一部分光纤的管子；具有外包壳及被配置在其中内芯的大直径的光波导管；并且管和波导管被轴向熔合并在光学上被耦合在一起，而反射元件或被嵌入光纤并被包装在管中或被配置在光波导管中。进一步根据本发明，敏感元件由玻璃材料制成。
本发明提供被配置在光学敏感元件中的布拉格光栅，该元件包括熔合到玻璃毛细管的至少一部分的光纤(“包在管中的光纤/光栅”)和/或具有光芯及宽阔包壳的大直径的波导管光栅，它能检测温度变化但对由光纤或其他作用所引起的在元件上的应变基本上不敏感(或基本上被隔绝)。元件可以由玻璃材料制成。并且，它使光栅将能隔绝于光纤上在别处的应变。
并且，一个或多个光栅，光纤激光器，或许多光纤或光芯可被配置在元件中。
光栅或激光器可通过使管子被熔合到光纤被“包装”在管中，管和光纤的熔合在光栅区域内和/或在光栅区域相对的轴向终端邻近于光栅或距光栅预定距离处。光栅或激光器可在管内被熔合或部分在管内或熔合到管的外表面。并且，一个或多个包在波导管和/或管中的光纤/光栅可被轴向熔合以构成敏感元件。
另外，本发明可被用作单独的传感器或用作多个分布多路传感器，并且，本发明可以是直通的设计或非直通的设计。
本发明可被使用在苛刻的环境中，例如在油和/或气井、引擎、燃烧室等中。例如，本发明可以是能够在高温(＞150℃)运行的全玻璃传感器。本发明还将在不依赖于环境类型的其他用途中工作得同样好。
本发明的上述和其他目的、性能及优点借助以下其示范性实施例的详述将变得更加清楚。
附图简述

图1是根据本发明的包在管中的光纤光栅温度传感器的侧视图。
图2是根据本发明的具有多于一个围绕光栅的管子的包在管中的光纤光栅温度传感器的侧视图。
图3是根据本发明的包在管中的光纤光栅温度传感器的侧视图，其中管子被熔合在光栅区域相对的轴向终端。
图4是根据本发明的可替换的包在管中的光纤光栅温度传感器的侧视图，其中管子被熔合在光栅区域相对的轴向终端。
图5是根据本发明的具有多于一个光栅被包在管中的管包光纤光栅温度传感器的侧视图。
图6是根据本发明的借助公用光纤串联的独立的管子中多个管包光纤光栅温度传感器的侧视图。
图7是根据本发明的包在公用管子中两根独立光纤上两个光纤光栅的温度传感器的侧视图。
图8是根据本发明的图7的实施例的端视图。
图9是根据本发明的在包在公用管子中隔开距离的两根独立光纤上两个光纤光栅的湿度传感器的端视图。
图10是根据本发明的包在管中的光纤光栅温度传感器侧视图，其中管子仅被熔合到遍及光栅长度的光纤。
图11是根据本发明的具有可调谐的分布反馈(DFB)光纤激光器被包在管中的管包光纤光栅温度传感器的侧视图。
图12是根据本发明的具有光栅被配置在其中的大直径的光波导管的侧视图。
实现本发明的最佳方式参看图1，应变隔绝的布拉格光栅温度传感器包含已知的光波导管10，例如具有被外加(或被嵌入或被压印)在光纤10中的布拉格光栅12的标准的电信单模光纤。光纤10具有约125微米的外径并且包含具有适当的如已知掺杂物的石英玻璃(SiO2)，以使光线14能沿光纤10传播。如已知的，光栅12是在光波导管的有效折射率和/或有效光吸收系数上的周期性或非周期性的变化，例如类似于在Glenn等的题为“用于把光栅引用到纤维光学的方法”的4,725,110号和4,807,950号美国专利，以及Glenn的题为“用于在光纤中形成非周期性光栅的方法和装置”的5,388,173号美国专利中所描述的，它们特此引入供需要理解本发明在可能范围内参考。然而，如果需要，被嵌入、腐蚀、压印或用其他方法形成在光纤28上的任何波长可调谐光栅或反射元件可被使用。作为在这里被使用的，术语“光栅”是指任何这种反射元件。另外，反射元件(或光栅)12可被使用在光的反射和/或传播中。
如果需要，对于光纤或波导管10其他材料和线度可被采用。例如，光纤10可由任何玻璃，例如石英，磷酸盐玻璃或其他玻璃制成，或由玻璃和塑料，或单独由塑料制成。对于高温的用途，光纤由玻璃材料制成是需要的。并且，光纤10可具有80微米的外径或其他的直径。另外，替代着光纤，任何光波导管可被使用，例如，多模的、双折射的、保持极化的、偏振的、多芯的或多包壳的光波导管，或平直的或平面的波导管(其中波导管是矩形的)，或其他的波导管。作为在这里被使用的术语“光纤”包括上面描述的波导管。
光线14入射到光栅12上，光栅从那里反射如用线16所表明的具有中心在反射波长λb的预定的光的波长带的一部分，并且传递入射光的剩余的波长(在预定的波长范围内)，如由线18所表明。
具有光栅12在其中的光纤10被包装在并被熔合到圆柱形玻璃毛细管20的至少一部分(在下文再被讨论)。管子20具有约3mm的外径d1及约10mm的长度L1。光栅12具有约5mm的长度Lg。另一方面，管20的长度L1可基本上与光栅12的长度Lg相同，例如借助使用较长的光栅，或较短的管子。对管20和光栅12，其他的线度和长度也可被采用。并且光纤10和光栅12不需要被熔合在管20的中央而可被熔合在管20中任何地方。并且，管20不需要遍及管的全部长度被熔合到光纤10。
管20由玻璃材料制成，例如天然或人工合成的石英、石英玻璃、二氧化硅(SiO2)、科宁公司的Pyrex玻璃(硼硅酸盐)、科宁公司的Vycor玻璃(约95％的二氧化硅和5％的其他组分，如氧化硼)、或其他玻璃。管子应当由这样的材料制成以使管20(或者管20中镗孔的内径表面)能被熔合到(即生成分子结合或熔化在一起与)光纤10的外表面(或包壳)，以致管20的内径与光纤10外径之间的接合面变得基本上被消除(即，管20的内径不能与光纤10的包壳被区分并成为包壳的一部分)。
为了在大的温度范围内管20与光纤10的最佳的热膨胀匹配，管20的材料的热膨胀系数(CTE)应当基本上与光纤10的材料的CTE相匹配。通常，玻璃材料的熔化温度越低，CTE就越高。因而，对于石英光纤(具有高熔化温度及低CTE)和由另一种玻璃材料，例如Pyrex或Vycor(具有较低的熔化温度及较高的CTE)制成的管将导致管20与光纤10之间在温度范围内热膨胀的失配。
然而，对于本发明并不要求光纤10的CTE与管20的CTE匹配。特别是，光纤10与管20之间CTE越加失配，光栅反射波长改变对温度变化的灵敏度越高，而温度传感器变得更加灵敏。例如，对于石英光纤(CTE＝5.5×10-7/℃)，由Vycor(CTE＝7.5×10-7/℃)或Pyrex(CTE＝32.5×10-7/℃)制成的管20将比石英管提供更高的灵敏度。
替代着由玻璃材料制成管20，其他可弹性变形的材料可以被使用只要管20能被熔合到光纤10。例如，对于由塑料制的光纤，由塑料材料制成的管可被使用。
在光纤光栅12被包在管20中的情况下，对于任何由管20外的光纤10施加在管20上的轴向应变，由管20中的光栅12所承受的应变与光纤10相比将被减小与管20的被增大的横向截面积相关的数量，从而提供基本上隔绝轴向应变的温度传感器元件。因而，在光栅12的反射波长上的任何改变将归因于温度的变化而不是光纤应变的变化。所以，对于在元件上预定的应变值管20的直径(或横向线度)和长度被设置具有距光栅期望的隔离值。
例如，如果敏感元件被严格地固定并且光纤沿离开元件的方向被轴向拉牵，敏感元件的尺寸可被定得使光纤将呈现应变而元件中的光栅将不显示，因而光栅的波长将不因光纤上的应变而改变。如果敏感元件未被严格地固定并且从元件两个轴向终端退出的光纤沿离开元件相反的方向被轴向拉牵，同样的结果将出现。本发明还提供来自施加在敏感元件上轴向应变的其他原因的应变隔绝或减小，例如安装应变等。
光纤10从管20的轴向终端退出管20，管20在那里可以具有离开光纤10被向内收缩(或被张开)的内侧部位22以为光纤10或为其他原因提供应变减轻。假如那样的话，在管20与光纤10之间的区域28可以用应变减轻填充材料，例如，聚酰亚胺、硅酮或其他材料被填充。并且，管20可以具有被收缩(或被斜切或被形成角度)的外隅角或边缘24以提供部位为管20与其他部分(未被示出)联接或为其他原因。
另一方面，替代着具有内侧被收缩的部位22，光纤10由那里退出的管20的轴向终端可以具有外侧被收缩的(或有凹槽的、锥形的或突起的)部分，如虚线27所示，它具有降低到光纤10的几何结构(在下文再被讨论)。我们已发现当光纤10沿其纵轴被拉牵时，采用有凹槽的部分27可在位于或接近光纤10与管20之间的交界面处提供增强的拉牵强度。
管20可具有不同于圆形的终端(或横向)截面形状，例如正方形、矩形、椭圆形、蛤壳形、或其他形状，并且可具有不同于矩形的侧视截面形状，例如圆形、正方形、椭圆形、蛤壳形、或其他形状。并且，管20可以具有取决于用途的各种不同的几何结构。例如，包在管中的光纤光栅温度传感器可以是较大的传感器，例如温度补偿的压强传感器，的一部分，如在题为“包在管中的光纤光栅压强传感器”的编号为(CiDRA Docket No.CC-0036A)的共同未批的美国专利申请中所描述的。管20的任何变化的几何结构可被形成，如在题为“包在管中的光纤光栅”的编号为(CiDRA Docket No.CC-0078A)的共同未批的美国专利申请中所描述的，它们特此被引入供参考。
在光纤10退出管20处，光纤10可以具有外部防护隔离层21以保护光纤10的外表面免于损坏。隔离装置21可由聚酰亚胺、硅酮、Teflon(聚四氟乙烯)、碳、金和/或镍，并且具有约25微米的厚度。对于隔离层21其他厚度和隔离材料也可被采用。如果内侧被收缩的轴向部位22被采用并且足够大，隔离层21可被插入到部位22以提供由裸光纤到被隔离光纤的过渡。另一方面，如果部位具有外部的锥度27，隔离装置21将从光纤退出管20处开始。如果隔离装置21在光纤退出点之后开始，光纤10可被附加的隔离层(未被示出)重新涂盖，该附加层覆盖任何在熔合部位外部的裸光纤并且与隔离装置21重叠，而且还可能重叠部位27的某些部分或管20的终端。
光栅12在毛细管20围绕光纤10被包装之前或之后被外加在光纤10中。
如果光栅12在管20围绕光栅12包装之后被外加在光纤10中，光栅12可通过管20被载入光纤10，如在题为“用于构成包在管中布拉格光栅的方法和装置”的编号为(CiDRA Docket No.CC-0130)的共同未决的美国专利申请中所描述的，同时随同提出。
要将光纤10包在管20中，管20可借助激光、白热丝、火焰、或借助其他熔合技术被加热、断裂、并熔合到光栅12，如在前面提到的题为“包在管中的光纤光栅”的编号为(CiDRA Docket No.CC-0078A)的共同未批的美国专利申请中所描述的。其他的技术可被使用于断裂及熔合管20到光纤10，例如在Duck等的题为“用于封装光纤的方法”的5,745,626号美国专利和/或在Berkey的题为“制做具有必要精度连接腔的光纤联接器的方法”的4,915,467号美国专利所描述的，它们特此被引入供需要理解本发明或其他技术在可能范围内参考。另一方面，其他技术可被用于熔合光纤10到管20，例如使用高温玻璃焊料，如二氧化硅焊料(粉末或整体的)，以使光纤10、管20和焊料全部变得相互熔合，或使用激光焊接/熔合或其他熔合技术。并且光纤可被熔合在管内或部分地在管内或在管的外表面上(在下文随同图9被讨论)。
光栅12可具有来自管子(压缩或拉伸)的初始预加应变或没有预加应变被包装在管20中。例如，如果Pyrex或别的具有大于光纤10的热膨胀系数的玻璃被用于管20，则当管20被加热且熔合到光纤并随后被冷却时，光栅12被管20引入压缩。另一方面，通过在管加热和熔合过程期间把光栅引入拉伸，光纤光栅12可能在拉伸状态下被包装在管20中。并且，光纤光栅12可被包装在管20中而在光栅12上既不引起拉伸也不引起压缩。
参看图2，多于一个同轴的管子可被熔合在一起以构成本发明的管20。例如，具有约0.5mm外径d4的小的内毛细管180，可以被设置在具有在上文中讨论的直径d1的较大的外毛细管182中，并且两管180、182被熔合在一起。小管180的一个或两个终端可围绕光纤10被向下紧缩以构成有凹槽的区段27。如果需要，用于内管和外管180、182直径d1、d4的其他数值可被采用。并且，多于两个同轴的毛细管可被采用。管子的材料可以相同以最小化在温度范围内热膨胀的失配。
参看图3和图4，另一方面，管20可在光栅12相对的侧边接近或距光栅12预定距离L10处被熔合到光纤10，其中L10可以是在光栅边缘处(L10＝0)任何想要的距离。特别是，管20的区域200被熔合到光纤10而围绕光栅12的管的中央区段202未被熔合到光纤10。围绕光栅12的区域202可以包含外界的空气或被抽空(或处于别的压强)，或可被部分或全部地用粘合剂充填，例如，环氧树脂或其他填充材料，比如聚合物或硅酮，或其他材料。管20的内径d6可以接近于光纤10的，如大于光纤10的直径约0.01到10微米，例如，125.01到135微米或者可以具有较大的直径，因为并不要求去迅速强使在区段202上的光纤10或光栅12用于检测温度。此外，区段202中的光纤10和光栅12可能是绷紧的或可能有些松驰。并且，距离L10在光栅12两侧附近并不需要是对称的。参看图4，另一方面，通过在光栅12相对的两侧熔合两根独立的管子210，212并随后熔合外管214跨越管210，212，可以达到与图3相同的结果。另一方面，管210，212可以延伸超过外管214的终端，如用虚线216被表明的(被轴向延伸区段)。另一方面，管20可以是具有表现出管212、214形状的单个构件。
参看图5，对于在这里所描述的实施例的任一个，替代着单个的光栅被包装在管20中，两个或更多的光栅150，152可以被嵌入包装在管20中的光纤10。这种复合光栅150、152可被用于测量沿管20多点处的温度。在那种情况下，光栅150、152可分别具有不同的反射波长λ1、λ2和/或外形。
另一方面，复合光栅150、152可在已知的法布里-珀罗装置中被用于单独检测温度。另外，一个或更多的光纤激光器，诸如在题为“灵敏的多点光纤激光传感器”的5,513,913号美国专利中，在题为“双折射的灵敏光纤激光传感器”的5,564,832号美国专利中，或在题为“压缩调谐的光纤激光器”的5,666,372号美国专利中被描述的，可被嵌入管20中的光纤10内。这些专利在这里被引入供需要理解本发明在可能范围内参考。假如那样的话，光栅150、152形成空心并且至少在光栅150、152之间的光纤10(并且如果需要，也可包括光栅150、152和/或光栅外面的光纤10)可用稀土掺杂剂，例如铒和/或镱，被掺杂，并且产生激光的波长将随温度变化而改变。
参看图11，可被使用的另一种类型可调谐光纤激光器是可调谐的分布反馈(DFB)光纤激光器154，诸如在电子通讯，1998年10月15日，34卷，21期的第2028-2030页，V.C.Lauridsen等的“DFB光纤激光器的设计”；国际集成光学及光纤通信会议(IOOC’)95，技术摘要，1995年，第5卷，PD1-3的P.Varming等的“具有通过紫外光后处理被诱导的永久π/2相移的铒掺杂的光纤DGB激光器”；Kringlebotn等的5,771,251号美国专利“光纤分布反馈激光器”；或D’Amato等的5,511,083号美国专利“偏振的光纤激光源”中所描述的。假如那样的话，光栅12被载入稀土掺杂的光纤并在接近光栅12中心的预定位置180处构成具有λ/2(这里λ是产生激光的波长)的相移，光栅12规定界限分明的谐振条件，如已知的，它可在单一的纵模运行中被连续调谐而不发生模的跳跃。另一方面，替代着单个光栅，两个光栅150、152可被设置足够近以形成具有(N＋1/2)λ长度的空心，在这里N是整数(包括0)，并且光栅150、152都在稀土掺杂的光纤中。
另一方面，DFB激光器154可被设置在光栅对150、152之间的光纤10上(图4)，在那里沿着光栅150、152之间间隙的至少一部分光纤10用稀土掺杂剂被掺杂。这种结构被称为“交互型光纤激光器”，如由E-tek Dynamics，Inc.，San Jose，CA，互联网的网址为www.e-tek.com/products/whitepapers的J.J.Pan等的“具有低噪音和可控输出功率的交互型光纤激光器”中所描述的。如果需要，其他单个或复合的光纤激光器结构可被设置在光纤10上。
参看图6，多个管子/温度传感器20在这里被描述，每个至少具有一个光栅12被包在其中，通过公用光纤10可被串联以作为分布传感器测量多个温度点。任何已知的多路复用技术可被用于把一个传感器信号与另一个传感器信号区别开，诸如波分多路复用(WDM)或时分多路复用(TDM)或其他多路复用技术。假如那样的话，在各个传感器中的光栅12可具有不同的反射波长。
参看图7和图8，用另一种方法，两根或更多根光纤10，250，每根至少在其中分别有一个光栅12，252，可被包在管20中。假如那样的话，在加热或熔合之前在管20中的镗孔可以不同于圆形，例如正方形，三角形等等。并且，对于管20镗孔不需要沿着管子20的中心线对准中心。
参看图9，用另一种方法，替代着如图8中所示的光纤10，250相互接触，光纤10，250在管20中可以被隔开预定的距离。距离可以是在光纤10，250之间任何所希望的距离。并且，对于在这里所示的实施例的任一个，如在上文所讨论的，光纤的部分或全部和/或光栅可被熔合，部分熔合在管内或熔合在管20的外表面上，如分别由光纤500，502，504所图解说明的。
另外，在这里所描述的光栅或激光器可在管子上按任何希望的方向被取向，例如，纵向地，径向地，环绕地，成角度地，弯曲地或其他取向。另外，术语“管子”作为在这里被使用的还可意味着具有在这里描述的性质的一组材料。
参看图10，用另一种方法，管20可以只被熔合到光栅12所设置的光纤10处。在那种情况下，如果管子比光栅12长，如在上文被讨论的内侧被收缩的部位22可存在并且如上文所讨论的在管20与光纤10之间的区域28可用填充材料填充。
有凹槽的区段27(图1)可以按不同的方式被形成，例如在上文提到的题为“包在管中的光纤光栅”，编号(CiDRA Docket No.CC-0078A)的共同未批的美国专利申请中所描述的。例如，通过加热管20并拉牵管子和/或光纤10或使用其他玻璃生成技术诸如研磨，抛光或腐蚀毛细管20的轴向终端。区段27可在加热并熔合管20到光纤10之前、期间或之后被形成。
另外，内侧部位22可通过许多技术被生成，例如在上文中提到的题为“包在管中的光纤光栅”，编号(CiDRA Docket No.CC-0078A)的共同未批的美国专利申请中所描述的。例如，不在部位22中将管20熔合到光纤10或形成大于管20内径d6的部位22，管20可在需要的区域被加热待膨胀因而内部压强被施加到管20。
另外，对于在这里所示的实施例的任一个，替代着光纤10穿过管20，光纤10可以是单端的，即光纤10只有一端退出管20。在那种情况下，光纤10的一端可能是在光纤10从管20的出口点或前于出口点。
参看图12，用另一种方法，包在管中的光纤光栅20的一部分或全部可被大直径的石英波导管光栅600替代，例如在题为“大直径光波导管、光栅和激光器”，编号(CiDRA Docket No.CC-0230)的共同未批的美国专利申请中所描述的，它在这里被引入供参考。波导管600具有内芯612(等同于光纤10的内芯)和包壳(等同于管20和光纤10的包壳的熔融组合)并具有被嵌入在那里的光栅12。波导管600的全长L1和波导管直径d2被设置与在上文被描述的管20的相同(即，以使管20将不会在所需的光栅波长调谐范围内弯曲)并且波导管的外径至少为0.3mm。具有包壳626和传播光信号14的内芯625的光纤622(相当于图1中的光纤10)，使用任何已知或待开发的供拼接光纤或将光从光纤耦接进入较大的波导管用的技术，被拼接或用其他方法被光学耦接到波导管10的一个或两个轴向终端628，这对于应用将提供可接受的光损失。
具有光栅的大直径波导管600可像包在管20中的光栅在这里被使用的相同方式被使用，在那里光纤10类似于波导管600的内芯612(并是可互换的)。对于管20和包在管中的光栅，在这里被描述的所有可供选择的实施例也可应用于在那里可行的波导管600，它包括具有光纤激光器或DFB光纤激光器，多重光纤(或芯)，不同的几何结构等等。
包在管中的光纤光栅20和大直径的波导管光栅600各自也可在这里被称作“光学敏感元件”。包在管中的光栅20和大直径的波导管光栅600在管20被熔合到光纤10的位置上基本上具有相同的结构和性质，因为包在管中光栅20和大直径波导管光栅600的终端(或横向)截面都是连接的(或整体的)并且基本上由跨越横截面的相同材料制成，例如玻璃材料，诸如被掺杂的和未被掺杂的石英。并且，在这些位置两者都有光学内芯和大的包壳。
并且，波导管600和包在管中的光栅20可在一起被使用以形成在这里所描述的敏感元件的任何给定的实施例。特别是，敏感元件的一个或多个轴向部分可以是包在管中的光栅或光纤和/或一个或多个其他的轴向部分可以是波导管600，它们被轴向地拼接或熔合或用其他方法被机械地和光学地耦接在一起以使该波导管的内芯与熔合到管中光纤的内芯成一直线。例如，敏感元件的中心区可以是大的波导管并且一个或两个轴向终端可以是包在管中的光纤，它们熔合在一起如虚线650，652所表明，或反过来也一样(图1，5，11，12)。
应该理解到对于在这里的任何实施例所描述的线度、几何结构和材料都仅用于图解说明的目的而因此，任何其他线度、几何结构、或材料，取决于用途、大小、性能、制造或设计要求、或其他因素，按照这里的主张的观点，如果需要都可被采用。
应当理解到除非在本文中另外被指出，在这里关于特定的实施例所描述的任何性能、特征、替换物或改进也可被应用、采用或与在本文中所描述的任何其他实施例相结合。另外，这里的附图不是被按比例画的。
虽然本发明根据其示范性的实施例已被描述和说明，上述的和各种其他的添加和省略在那里和从那里可被作出而不违反本发明的精神和范围。
权利要求
1.应变隔绝的光纤光学温度传感器，包含具有至少0.3mm的外部横向线度并具有至少一个被配置在那里的反射元件的光学敏感元件，该反射元件具有反射波长；从该敏感元件的至少一个轴向终端退出的光纤；该敏感元件的至少一部分具有连接的并且基本上由相同材料制成的横向截面；以及该反射波长的改变归因于该敏感元件在温度上的变化而改变不归因于在该光纤上的应变。
2.权利要求1的装置，其中该敏感元件包含具有该反射元件被嵌入在那里的光纤；以及具有该光纤和该反射元件被包在其中的管子，该管被熔合到该光纤的至少一部分。
3.权利要求1的装置，其中该敏感元件包含具有外包壳和配置在其中的内芯并具有被配置在那里的反射元件的大直径光波导管。
4.权利要求1的装置，其中该敏感元件包含沿着该管的纵轴被熔合到光纤的至少一部分的管子；具有外包壳及被配置在其中的内芯的大直径光波导管；以及该管和该波导管被轴向熔合并在光学上耦接在一起。
5.权利要求4的装置，其中该反射元件被嵌入在该光纤中并沿着该管的纵轴被包在管中。
6.权利要求4的压强传感器，其中该反射元件被配置在该光波导管中。
7.权利要求1的装置，其中该敏感元件由玻璃材料制成。
8.权利要求1的装置，其中该敏感元件由石英制成。
9.权利要求2的装置，其中该光纤和该管由具有不同热膨胀系数的材料制成。
10.权利要求2的装置，其中该管被熔合到该反射元件被设置的该光纤处。
11.权利要求2的装置，其中该管被熔合到该反射元件相反的轴向侧边上的该光纤中。
12.权利要求2的装置，其中该光纤沿着该管的纵轴被取向。
13.权利要求1的装置，其中该敏感元件的至少一部分是圆柱形的。
14.权利要求1的装置，其中该敏感元件具有至少一个外部收缩的轴向部分。
15.权利要求1的装置，其中该敏感元件具有至少一个内部收缩的轴向部分。
16.权利要求2的装置，其中该管具有多个被包在该管中的该光纤。
17.权利要求3的装置，其中该波导管具有多个被设置在那里的该光学内芯。
18.权利要求1的装置，其中该敏感元件具有多个被设置在那里的反射元件。
19.权利要求1的装置，其中该敏感元件具有至少一对被设置在那里的反射元件，并且至少一部分该敏感元件是在该对元件之间用稀土掺杂剂被掺杂的以形成激光器。
20.权利要求19的装置，其中该激光器在激光发射波长产生激光，该波长随该管温度的变化而改变。
21.权利要求1的装置，其中至少一部分该敏感元件用稀土掺杂剂被掺杂，在那里该反射元件被设置并且该反射元件被成形以构成DFB激光器。
22.权利要求21的装置，其中该DFB激光器在激光发射波长产生激光，该波长随该敏感元件温度的变化而改变。
全文摘要
应变隔绝的布拉格光栅温度传感器包括一个包含一具有至少一个放置在那里的布拉格光栅(12)的光纤的光学敏感元件(20,600)和/或一个具有内芯和一个宽覆层和具有一个放置于此的光栅(12)的大尺寸波导光栅(600),它对于温度敏感但是对于由纤维或其他效应引起的在元件上的应变不敏感。光(14)入射在光栅(12)上,光(16)入射在光栅(12)上而光(16)以反射波长λ1被反射。敏感元件(20,600)的形状可以是其他几何形状和/或可以使用多个同心管或可以使用多个光栅或对光栅或可以使用多个光纤或光学内芯。该元件(150,152)的至少一部分可以掺杂在一对光栅(150,152)之间以形成一个温度可调激光器或该光栅(12)或光栅(150,152)可以被构置为一个温度可调DFB激光器。还有,该元件可以分别具有一个内部或外部锥形区域(22,27)以为光纤(10)提供应力释放和/或附加的拉力强度。还有,光纤(10)和管(20)可以具有不同系数的热扩散以增强敏感度。
文档编号G01K11/00GK1329716SQ99814102
公开日2002年1月2日 申请日期1999年12月6日 优先权日1998年12月4日
发明者C·J·赖特, T·J·拜利, M·R·菲尔纳尔德, J·M·沙利文, M·A·达维斯, J·R·敦菲, A·D·克西, M·A·普特纳姆, R·N·布鲁卡托, P·E·桑德尔斯 申请人:塞德拉公司