一种用于温度监测预警的新型光纤的制作方法

本发明涉及一种用于温度监测预警的新型光纤。涉及特种光纤、光纤传感领域。

背景技术：

温度监测是传感器的重要应用方向，在这一应用领域中，光纤传感器以其良好的绝缘、耐腐蚀、抗电磁干扰、利于复用、结构轻便等突出优点，受到了人们的广泛关注，尤其可以方便有效地应用于强电磁干扰、腐蚀性、易燃易爆、核辐射等恶劣特殊环境中。

光纤温度传感器已经存在大量研究成果。现有光纤温度监测预警系统主要通过监测光纤干涉器件的峰值波长漂移监测待测点温度，并根据测量结果结合门限判决报警，基于光纤光栅的温度监测预警系统即从属于此类别；或采用光时域反射技术，通过监测事件点的变化来监测待测点温度，仍然需要根据测量结果结合门限判决报警。在上述监测过程中由于环境温度的变化是连续的，检测到的波长漂移也表现为相应的连续变化，再加上通常的检测光纤以SiO₂为材料，温度监测活动基于光纤材料的折射率变化导致的干涉或反射波长的变化，而SiO₂在温度影响下的折射率变化非常微弱，因而导致灵敏度不高、使用量程受限、预警点信号变化不明显等缺点。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术不足，本发明提供一种用于温度监测预警的新型光纤。

本发明所要解决的首要技术问题是：为温度监测预警应用提供一种新式光纤，令监测系统在预警温度发生时产生强烈的信号变化。

本发明的技术方案：

一种用于温度监测预警的新型光纤，其特征在于：该光纤结构从内而外依次包括纤芯、相变包层、外壳三部分，在纤芯和相变包层之间可以增加辅助包层。

具体连接方式为：各层边界为同心圆，各层之间依次无间隙地完全接触。该传感用光纤可直接与检测系统中用于信号传输的普通光纤相连。

本发明在环境达到预警温度时能够令温度监测预警系统提供强烈的信号变化，这种变化程度明显区别于预警温度以外系统信号对温度的变化形式，因此能够更准确地发出温度报警。这种光纤本身集成了对预警温度发生强烈反应的功能，光纤拉制完成后无需特殊的处理即可连接并实现监测。同时，由于该光纤结构与普通光纤有良好兼容性，亦可以本发明所述光纤为基础制作光纤光栅等光纤器件。除此以外，由于该光纤在预警温度处能够提供明显的温度变化，因而能够降低系统在监测及信号处理部分对器件精度的要求，进而大幅降低系统造价、简化系统的复杂程度，进一步提高系统的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的用于温度监测预警的新型光纤的横截面示意图。

图2为本发明实施例二提供的用于温度监测预警的新型光纤的横截面示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所述用于温度监测预警的新型光纤，关键结构在于相变包层，该包层使用在预警温度处发生固液相变的材料，在纤芯和外壳的帮助下实现本发明的核心目标，即在预警温度处使监测信号发生强烈变化。

本发明所述光纤在光纤本身对温度变化的响应之外，还引入相变包层导致预警温度处信号的强烈变化，并通过相变包层的辅助增强其他温度下光纤对温度变化的敏感程度。在增强光纤温度监测传感系统的性能之外，还能显著降低系统的复杂程度，降低系统造价。一体拉制的光纤同时还确保了良好的均匀性和一致性，简化了温度敏感光纤器件的制作过程。

实施例一

该实施例提供的一种用于温度监测预警的新型光纤的横截面示意图如图1所示。该光纤是纵向均匀的圆柱形结构，横截面从内而外依次为纤芯1、相变包层2、外壳3。本实施例所述结构适用于相变包层2折射率n₂低于纤芯1折射率n₁，或相变包层2折射率n₂高于纤芯1折射率n₁、但相变包层2厚度d₂<70nm的情况。

采用在预警温度处发生固液相变的材料制作相变包层2。当环境温度低于相变包层2材料的熔化温度Tr时，相变包层2为固态；环境温度高于相变包层2的熔化温度Tr时，相变包层2转变为液态。固态与液态状态下材料的折射率发生明显变化，由此令监测的信号产生强烈变化。

进一步的，本实施例的一个较优实例为：当预警温度为18℃时，纤芯1材料采用掺锗石英，相变包层2材料采用丙三醇，外壳3材料采用低折射率光纤涂覆树脂。当温度高于18℃时，丙三醇由固态转化为液态，相变前后折射率发生强烈变化，从而使监测信号在预警点处发生明显变化，提供及时报警。

进一步的，上述较优实例可以选择各层直径参数分别为：纤芯1直径80μm，相变包层2外径125μm，外壳3外径250μm。

实施例二

该实施例提供的一种用于温度监测预警的新型光纤的横截面示意图如图2所示。本实施例所述结构与实施例一相似，区别在于在纤芯1与相变包层2之间增加辅助包层4。辅助包层4所用材料折射率n₄低于纤芯1所用材料折射率n₁，用于与纤芯1共同构成波导。当相变包层2所用材料折射率n₂大于纤芯1所用材料折射率n₁、且相变层较厚时，辅助包层4能够令进入该段光纤的信号光得到较好传输。

进一步的，本实施例的一个较优实例为：当预警温度为157℃时，纤芯1材料采用掺锗石英，辅助包层4材料采用纯石英，相变包层2材料采用金属铟，外壳3材料采用聚合物TOPAS。当温度高于157℃时，金属铟由固态转化为液态，相变前后折射率发生明显变化，从而使监测信号在预警点处发生强烈变化，提供及时报警。

进一步的，上述较优实例可以选择各层直径参数分别为：纤芯1直径100μm，辅助包层4外径120μm，相变包层2外径125μm，外壳3外径250μm。