一种测温荧光光纤探头的制作方法及制作装置与流程

1.本发明属于光纤制作技术，具体涉及一种测温荧光光纤探头的制作方法及制作装置。


背景技术：

2.荧光光纤传感技术是基于光信号的温度感知技术，由于光信号的诸多优势，主要应用于各种设备温度测量及监控检测，在电力、建筑、石油、化工、医疗等领域已获得了大量可靠的应用。
3.荧光光纤传感器的传感元件为稀土荧光材料，某些稀土荧光物质受紫外线照射并激发后，发射出可见的线性光谱，即荧光。荧光的某一参数受温度的调制，且它们的关系呈现出单调性，则可利用这种关系进行测温。荧光光纤将荧光粉置于光纤顶端，在紫外线和被测物体温度的作用下，利用测温探头产生的荧光来计算被测物体的温度。
4.然而，现有的荧光光纤尾部放置荧光粉的方法是：将荧光粉与胶体混合后粘接在光纤端面，但是这种粘接方式存在以下问题：
5.1、现有方法实施时既要考虑胶体的粘接强度，还要考虑荧光粉与胶体的胶粉配比，胶粉配比需要通过大量实验及数据积累才能达到较优方案，因此实施过程比较繁琐，效率较低。
6.2、现有方法实施时是在平整的光纤断面涂抹胶粉混合物，然后再进行高温烘烤固化，当应用于测温时，因受到高温烘烤会出现荧光粉胶体脱落的现象，造成荧光光纤损坏。
7.3、现有方法需要将光纤端面及端面下部1mm范围光纤采用涂胶的方式进行全包裹，实施过程常为人工涂敷，人工涂敷胶量多少难以控制，需要经验积累，不能标准化，效率低。
8.4、采用现有方法制备的光纤探头，由于胶粉等化学物质可被人体直接接触使人体产生过敏现象，因此无法在医疗领域直接应用，使用前需在光纤外部增加外护套对胶粉等化学物质进行遮挡，但是这样的弊端就是增加了温度传导时间，在测温时温度变化及稳定时间较长，不符合医疗领域需要温度变化响应时间快的要求。


技术实现要素：

9.为了解决现有将荧光粉与胶体混合后粘接在光纤端面存在的胶粉和荧光粉配比难以控制、应用于高温测量时荧光粉胶体易脱落、人工涂敷不能标准化，效率低以及不符合医疗领域需要温度变化响应时间快等要求的问题，本发明提供了一种测温荧光光纤探头的制作方法及制作装置。
10.本发明的具体技术方案图如下：
11.一种测温荧光光纤探头的制作方法，包括以下步骤：
12.步骤1：准备耐高温金属材质的针头，向针头内注入荧光粉，注入的荧光粉要求与针头出口端面平齐；
13.步骤2：准备单芯光纤，使单芯光纤一部分插入加热装置中进行加热软化，
14.步骤3：待单芯光纤软化后将针头插入光纤内部，并在针头尾部加压，从而将荧光粉注入光纤内部；
15.步骤4：荧光粉注入完成后，将单芯光纤缓慢退出加热装置；
16.步骤5：将单芯光纤注入有荧光粉的一端插入封口装置内进行封口，从而完成制作。
17.进一步地，上述加热装置包括设置金属块、电加热棒以及热电偶；
18.金属块上设有通孔；
19.电加热棒至少为一个，嵌装于金属块内，并且电加热棒位于通孔的周围；
20.热电偶用于检测金属块的加热温度。
21.进一步地，上述封口装置为设置于金属块上的半球形凹坑，所述半球形凹坑位于所述通孔一侧。
22.进一步地，上述半球形凹坑数量为多个，且每个半球形凹坑的直径不同。
23.进一步地，上述步骤4中利用移动组件将单芯光纤退出加热装置，所述移动组件包括移动平台和导杆；
24.移动平台位于单芯光纤一侧，导杆的一端与移动平台移动端连接，另一端用于固定单芯光纤。
25.进一步地，上述移动平台为三维移动平台。
26.进一步地，上述单芯光纤为塑料光纤或石英光纤或玻璃光纤；所述针头的直径为0.6mm，材质为铁。
27.另外，本发明还提供了一种实现上述制作方法的制作装置，包括加热装置、固定支架、荧光粉注入装置以及移动组件；
28.加热装置包括金属块、电加热棒以及热电偶；金属块安装固定支架上，且金属块上开设有通孔以及半球形凹坑，所述半球形凹坑位于所述通孔的侧方，用于对单芯光纤进行封口；
29.电加热棒至少为一个，嵌装于金属块内，并且电加热棒位于通孔的周围；
30.热电偶用于检测金属块的加热温度；
31.荧光粉注入装置包括针筒以及针头；针筒安装与固定支架上，针头自上而下插入所述通孔内；
32.移动组件包括移动平台和导杆；
33.移动平台位于加热装置一侧，导杆的一端与移动平台移动端连接，另一端用于固定单芯光纤，在移动平台的带动下单芯光纤可上下移动。
34.进一步地，上述半球形凹坑数量为多个，且每个半球形凹坑的直径不同。
35.进一步地，上述移动平台为三维移动平台。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
36.1、本发明通过针头将荧光粉注入至光纤内部，避免了现有采用点胶固定荧光粉中的高温固化步骤，同时无需考虑荧光粉与胶粉的配比，因此实施过程简单，同时也提高了生产效率。
37.2、本发明通过针头将荧光粉注入至光纤内部，使得制备出的荧光光纤在应用于高
温测量时，高温温度点不会对荧光粉造成影响，提高测温光纤的可靠性。
38.3、本发明通过针头将荧光粉注入至光纤内部，被测对象的高温温度点取决于光纤自身，高于点胶固定荧光粉的荧光光纤，扩大了测温范围。
39.4、本发明的制备的荧光光纤由于尾部直接采用光纤自身材质包覆，可在医疗领域直接应用，不仅避免了传统方法中化学胶体接触人体会出现过敏现象，同时相比现有光纤使用前需在光纤外部增加外护套对胶粉等化学物质进行遮挡，增加了温度传导时间，本发明中的包覆材料即光纤自身材料，不会影响温度传导时间，制备出的光纤符合医疗领域对于温度变化响应时间快的使用要求。
40.5、本发明的制备装置，可通过移动平台控制单芯光纤进入和退出加热装置，无需人工介入，提高了效率；同时直接在金属块上开设半圆形凹坑对单芯光纤注入有荧光粉的端部进行封口，使得注粉过程、封口过程动作连续性好，光纤的成品率高，并且操作简单。
附图说明
41.图1为本发明制作装置的结构示意图。
42.图2为金属块的底面视图。
43.附图标记如下：
44.1-加热装置、2-固定支架、3-荧光粉注入装置、4-移动组件、5-金属块、6-电加热棒、7-热电偶、8-通孔、9-半球形凹坑、10-针筒、11-针头、12-移动平台、13-导杆、14-单芯光纤。
具体实施方式
45.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
46.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
47.同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“前、后、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
48.本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接：同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.为了解决现有的荧光光纤尾部放置荧光粉时存在的问题，本发明提供了测温荧光光纤探头的制作方法，该方法的基本实现思路是：
50.步骤1：准备耐高温金属材质的针头，向针头内注入荧光粉，注入的荧光粉要求与
针头出口端面平齐；
51.步骤2：准备单芯光纤，使单芯光纤一部分插入加热装置中进行加热软化，
52.步骤3：待单芯光纤软化后将针头插入光纤内部，并在针头尾部加压，从而将荧光粉注入光纤内部；
53.步骤4：荧光粉注入完成后，将单芯光纤缓慢退出加热装置；
54.步骤5：将单芯光纤注入有荧光粉的一端插入封口装置内进行封口，从而完成制作。
55.上述方法的提出：一是避免了现有采用点胶固定荧光粉中的高温固化步骤，同时无需考虑荧光粉与胶粉的配比，因此实施过程简单，同时也提高了生产效率。二是使得制备出的荧光光纤在应用于高温测量时，高温温度点不会对荧光粉造成影响，提高测温光纤的可靠性。三是采用该方法制备的光纤在最高测温点取决于光纤自身，高于点胶固定荧光粉的荧光光纤，扩大了测温范围。四是避免了传统方法中化学胶体接触人体会出现过敏现象，同时不会影响温度传导时间，制备出的光纤符合医疗领域对于温度变化响应时间快的使用要求。
56.为了对本发明作出更为详细的介绍，本实施例提供了一种实现上述方法的装置，该装置如图1和图2所示：加热装置1、固定支架2、荧光粉注入装置3以及移动组件4；
57.加热装置1包括金属块5、电加热棒6以及热电偶7；金属块5安装固定支架2上，且金属块5上开设有通孔8以及半球形凹坑9，半球形凹坑9位于所述通孔8的侧方，用于对单芯光纤14进行封口；根据单芯光纤的直径规格不同，半球形凹坑9可以开设多个，本实施例中使用的半球形凹坑9直径为1.3mm；
58.电加热棒6至少为一个，嵌装于金属块5内，并且电加热棒6位于通孔8的周围；本实施例中电加热棒6的数量为两个，其目的是使的加热更加均匀；
59.热电偶7用于实时检测金属块5的加热温度；
60.荧光粉注入装置3包括针筒10以及针头11；针筒10安装与固定支架2上，针头11自上而下插入所述通孔8内；
61.移动组件4包括移动平台12和导杆13；移动平台12(本实施例中移动平台12为三维移动平台)位于加热装置1一侧，导杆13的一端与移动平台12移动端连接，另一端用于固定单芯光纤14(本实施例中可采用顶丝将单芯光纤固定于导杆上)，在移动平台12的带动下单芯光纤14可上下移动，以及在一水平面内前后左右移动。
62.上述装置在使用时的具体过程如下：
63.工作时准备好单芯光纤14，其材质可以是塑料、石英或者玻璃，本实施例中单芯光纤的材质选择塑料；
64.首先，向针头11内注入荧光粉，注入的荧光粉需要保证与针头11出口端面平齐；
65.然后，启动移动组件4带动单芯光纤14使其向上移动至加热装置的通孔8内，此时针头11未插入单芯光纤14内部，控制加热温度在330℃～350℃，加热时间控制在6～8s，使单芯光纤14的端部软化；
66.接着，让移动组件4再次带动单芯光纤14其向上移动，使针头11插入单芯光纤14内部，插入深度为2mm；
67.之后，再向针头11加压，将荧光粉注入单芯光纤14内部，荧光粉注入完成后再利用
移动组件4将单芯光纤14退出加热装置1的通孔8；
68.最后，再利用移动组件4将光纤的端部与插入金属块5的半球形凹坑9内，持续几秒后，使加热装置停止加热，待冷却后完成了光纤的封口。