[发明专利]荧光光纤测温光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种荧光光纤测温光学系统。

背景技术

荧光光纤温度传感器已经出现了三十多年了，目前正逐步向商业领域发展。此类传感器采用纯光学原理，因此在抗电磁干扰、高压绝缘、微小尺寸、稳定可靠性、灵敏度及长寿命等方面，是传统传感技术无法比拟的。如今已经逐步开始商用化，被使用于高压电气设备监控、工业微波、磁/热医疗设备、石油化工/煤炭等防爆工业环境、航空/舰船/高端科研等。

早期，研究者们提出了基于荧光强度和荧光寿命的两种方法，对荧光光纤温度传感器的工作性能进行了实验比较。实验结果显示，在一个较宽的温度范围内，基于荧光寿命的测量方法优于基于荧光强度的测量方法。

K.T.V.Granttan等人利用红宝石材料研制出一种简单的荧光光纤温度传感器，在200-300K温度范围内大大提高了传感器的测温精度。A.Babnik等人提出了一种荧光光纤温度传感探头，提高了荧光采集效率并利用严历山大晶体做探头材料，把测温精度提高到±0.3度。国内多家科研单位多年来也已经开展了关于荧光温度传感器的研究，不过一直没有批量化的产品出来，其中一个主要原因是荧光物质的发光率和荧光信号采集率较低，造成信号处理的困难，从而温度测量的稳定性比较低，达不到商用要求。

由于荧光发光没有方向性，所以收集荧光一般采用大芯径的多模光纤，这样一方面需要较多的荧光物质，造成荧光光纤的造价高；另一方面，由于激励光与收集光使用相同的光纤端面来传播，所以荧光收集效率无法保证。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种荧光光纤测温光学系统，以克服传统方案中对荧光物质所发的光收集效率低的缺陷。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种荧光光纤测温光学系统，其包括：激励光源600、光纤500和光电探测单元100；其特征在于，该系统还包括：双包层光纤300、荧光探头200和光纤耦合器400；

所述荧光探头200设置在所述双包层光纤300的第一端；

所述激励光源600设置在所述双包层光纤300的第二端一侧，用于发射激励光，并将所述激励光耦合进所述双包层光纤300；

所述双包层光纤300通过所述光纤耦合器400与所述光纤500的第一端相连；

所述光电探测单元100与所述光纤500的第二端相连。

优选地，所述双包层光纤300包括单模芯子301，包围所述单模芯子301的内包层302，以及包围所述内包层302的外包层303。

优选地，所述单模芯子301直径小于10微米，所述内包层302为纯石英，直径为125微米，所述外包层303为低折射率聚合物涂覆层，直径小于250微米。

优选地，所述荧光探头200包括：设置在所述单模芯子301端部的荧光物质201，套接在部分所述内包层302外部的石英管202，以及与所述石英管202端部相连接的第一滤波片203，所述荧光物质201位于所述石英管202和所述第一滤波片203所围腔室内。

优选地，所述光纤耦合器400通过对所述双包层光纤300和光纤500熔融拉锥或者侧面研磨粘结的方式制作；所述光纤500为大芯径多模光纤。

优选地，所述光电探测单元100包括光电探测器101和第二滤波片102。

优选地，所述第二滤波片102为带通滤波片。

优选地，所述激励光源600包括：

激光器601，设置在所述双包层光纤300的第二端一侧，用于发射激励光；

耦合透镜602，设置在所述激光器601与所述双包层光纤300的第二端之间，用于将所述激励光耦合进所述双包层光纤300。

优选地，所述激光器700为能够发射周期性方波形光脉冲的半导体激光器。

优选地，所述耦合透镜600为Grin透镜或者C透镜。

(三)有益效果

该发明所述荧光光纤测温光学系统的双包层光纤充分兼顾了激光光源的良好光束质量，以及荧光物质所发光各向同性的特点，使得系统的收发端均有良好的耦合及接收特性；独特的荧光探头，大大减小了荧光物质的使用量，有利于降低成本，同时也增大了荧光的收集效率，有利于提高信噪比；全光纤系统的设计有利于提高光学系统的稳定性，有利于其在恶劣环境的工业领域的实际应用。

附图说明

图1为本发明实施例所述荧光光纤测温光学系统的结构图；